vmalloc: convert to XArray
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70 #include <linux/psi.h>
71 #include <linux/padata.h>
72
73 #include <asm/sections.h>
74 #include <asm/tlbflush.h>
75 #include <asm/div64.h>
76 #include "internal.h"
77 #include "shuffle.h"
78 #include "page_reporting.h"
79
80 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
81 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
82 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
83
84 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
85 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
86 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
87 #endif
88
89 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
90
91 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
92 /*
93  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
94  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
95  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
96  * defined in <linux/topology.h>.
97  */
98 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
99 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
100 #endif
101
102 /* work_structs for global per-cpu drains */
103 struct pcpu_drain {
104         struct zone *zone;
105         struct work_struct work;
106 };
107 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
108 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
109
110 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
111 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
112 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
113 #endif
114
115 /*
116  * Array of node states.
117  */
118 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
119         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
120         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
121 #ifndef CONFIG_NUMA
122         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
123 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
124         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
125 #endif
126         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
127         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
128 #endif  /* NUMA */
129 };
130 EXPORT_SYMBOL(node_states);
131
132 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
133 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
134 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
135 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
136
137 int percpu_pagelist_fraction;
138 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
139 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
140 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
141 #else
142 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
143 #endif
144 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
145
146 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
147 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
148 #else
149 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
150 #endif
151 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
152
153 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
154 {
155         int ret;
156         bool bool_result;
157
158         if (!buf)
159                 return -EINVAL;
160         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
161         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
162                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
163         if (bool_result)
164                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
165         else
166                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
167         return ret;
168 }
169 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
170
171 static int __init early_init_on_free(char *buf)
172 {
173         int ret;
174         bool bool_result;
175
176         if (!buf)
177                 return -EINVAL;
178         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
179         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
180                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
181         if (bool_result)
182                 static_branch_enable(&init_on_free);
183         else
184                 static_branch_disable(&init_on_free);
185         return ret;
186 }
187 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
188
189 /*
190  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
191  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
192  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
193  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
194  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
195  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
196  */
197 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
198 {
199         return page->index;
200 }
201
202 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
203 {
204         page->index = migratetype;
205 }
206
207 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
208 /*
209  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
210  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
211  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
212  * they should always be called with system_transition_mutex held
213  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
214  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
215  * with that modification).
216  */
217
218 static gfp_t saved_gfp_mask;
219
220 void pm_restore_gfp_mask(void)
221 {
222         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
223         if (saved_gfp_mask) {
224                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
225                 saved_gfp_mask = 0;
226         }
227 }
228
229 void pm_restrict_gfp_mask(void)
230 {
231         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
232         WARN_ON(saved_gfp_mask);
233         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
234         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
235 }
236
237 bool pm_suspended_storage(void)
238 {
239         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
240                 return false;
241         return true;
242 }
243 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
244
245 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
246 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
247 #endif
248
249 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
250
251 /*
252  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
253  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
254  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
255  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
256  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
257  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
258  *
259  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
260  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
261  */
262 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
263 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
264         [ZONE_DMA] = 256,
265 #endif
266 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
267         [ZONE_DMA32] = 256,
268 #endif
269         [ZONE_NORMAL] = 32,
270 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
271         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
272 #endif
273         [ZONE_MOVABLE] = 0,
274 };
275
276 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
277 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
278          "DMA",
279 #endif
280 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
281          "DMA32",
282 #endif
283          "Normal",
284 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
285          "HighMem",
286 #endif
287          "Movable",
288 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
289          "Device",
290 #endif
291 };
292
293 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
294         "Unmovable",
295         "Movable",
296         "Reclaimable",
297         "HighAtomic",
298 #ifdef CONFIG_CMA
299         "CMA",
300 #endif
301 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
302         "Isolate",
303 #endif
304 };
305
306 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
307         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
308         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
309 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
310         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
311 #endif
312 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
313         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
314 #endif
315 };
316
317 int min_free_kbytes = 1024;
318 int user_min_free_kbytes = -1;
319 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
320 /*
321  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
322  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
323  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
324  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
325  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
326  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
327  * fragmentation avoidance.
328  */
329 int watermark_boost_factor __read_mostly;
330 #else
331 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
332 #endif
333 int watermark_scale_factor = 10;
334
335 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
336 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
337 static unsigned long dma_reserve __initdata;
338
339 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
340 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
341 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
342 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
343 static unsigned long required_movablecore __initdata;
344 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
345 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
346 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
347
348 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
349 int movable_zone;
350 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
351
352 #if MAX_NUMNODES > 1
353 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
354 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
355 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
356 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
357 #endif
358
359 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
360
361 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
362 /*
363  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
364  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
365  * and we can permanently disable that path.
366  */
367 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
368
369 /*
370  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
371  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
372  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
373  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
374  *
375  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
376  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
377  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
378  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
379  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
380  * initialization is done, but this is not likely to happen.
381  */
382 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
383 {
384         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
385                 kasan_free_pages(page, order);
386 }
387
388 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
389 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
390 {
391         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
392
393         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
394                 return true;
395
396         return false;
397 }
398
399 /*
400  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
401  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
402  */
403 static bool __meminit
404 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
405 {
406         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
407
408         /*
409          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
410          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
411          */
412         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
413                 prev_end_pfn = end_pfn;
414                 nr_initialised = 0;
415         }
416
417         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
418         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
419                 return false;
420
421         /*
422          * We start only with one section of pages, more pages are added as
423          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
424          */
425         nr_initialised++;
426         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
427             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
428                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
429                 return true;
430         }
431         return false;
432 }
433 #else
434 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
435
436 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
437 {
438         return false;
439 }
440
441 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
442 {
443         return false;
444 }
445 #endif
446
447 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
448 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
449                                                         unsigned long pfn)
450 {
451 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
452         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
453 #else
454         return page_zone(page)->pageblock_flags;
455 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
456 }
457
458 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
459 {
460 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
461         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
462         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
463 #else
464         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
465         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
466 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
467 }
468
469 /**
470  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
471  * @page: The page within the block of interest
472  * @pfn: The target page frame number
473  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
474  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
475  *
476  * Return: pageblock_bits flags
477  */
478 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
479                                         unsigned long pfn,
480                                         unsigned long end_bitidx,
481                                         unsigned long mask)
482 {
483         unsigned long *bitmap;
484         unsigned long bitidx, word_bitidx;
485         unsigned long word;
486
487         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
488         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
489         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
490         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
491
492         word = bitmap[word_bitidx];
493         bitidx += end_bitidx;
494         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
495 }
496
497 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
498                                         unsigned long end_bitidx,
499                                         unsigned long mask)
500 {
501         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
502 }
503
504 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
505 {
506         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
507 }
508
509 /**
510  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
511  * @page: The page within the block of interest
512  * @flags: The flags to set
513  * @pfn: The target page frame number
514  * @end_bitidx: The last bit of interest
515  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
516  */
517 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
518                                         unsigned long pfn,
519                                         unsigned long end_bitidx,
520                                         unsigned long mask)
521 {
522         unsigned long *bitmap;
523         unsigned long bitidx, word_bitidx;
524         unsigned long old_word, word;
525
526         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
527         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
528
529         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
530         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
531         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
532         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
533
534         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
535
536         bitidx += end_bitidx;
537         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
538         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
539
540         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
541         for (;;) {
542                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
543                 if (word == old_word)
544                         break;
545                 word = old_word;
546         }
547 }
548
549 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
550 {
551         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
552                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
553                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
554
555         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
556                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
557 }
558
559 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
560 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
561 {
562         int ret = 0;
563         unsigned seq;
564         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
565         unsigned long sp, start_pfn;
566
567         do {
568                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
569                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
570                 sp = zone->spanned_pages;
571                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
572                         ret = 1;
573         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
574
575         if (ret)
576                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
577                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
578                         start_pfn, start_pfn + sp);
579
580         return ret;
581 }
582
583 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
584 {
585         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
586                 return 0;
587         if (zone != page_zone(page))
588                 return 0;
589
590         return 1;
591 }
592 /*
593  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
594  */
595 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
596 {
597         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
598                 return 1;
599         if (!page_is_consistent(zone, page))
600                 return 1;
601
602         return 0;
603 }
604 #else
605 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
606 {
607         return 0;
608 }
609 #endif
610
611 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
612 {
613         static unsigned long resume;
614         static unsigned long nr_shown;
615         static unsigned long nr_unshown;
616
617         /*
618          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
619          * or allow a steady drip of one report per second.
620          */
621         if (nr_shown == 60) {
622                 if (time_before(jiffies, resume)) {
623                         nr_unshown++;
624                         goto out;
625                 }
626                 if (nr_unshown) {
627                         pr_alert(
628                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
629                                 nr_unshown);
630                         nr_unshown = 0;
631                 }
632                 nr_shown = 0;
633         }
634         if (nr_shown++ == 0)
635                 resume = jiffies + 60 * HZ;
636
637         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
638                 current->comm, page_to_pfn(page));
639         __dump_page(page, reason);
640         dump_page_owner(page);
641
642         print_modules();
643         dump_stack();
644 out:
645         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
646         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
647         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
648 }
649
650 /*
651  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
652  *
653  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
654  *
655  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
656  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
657  *
658  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
659  * page destructors. See compound_page_dtors.
660  *
661  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
662  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
663  */
664
665 void free_compound_page(struct page *page)
666 {
667         mem_cgroup_uncharge(page);
668         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
669 }
670
671 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
672 {
673         int i;
674         int nr_pages = 1 << order;
675
676         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
677         set_compound_order(page, order);
678         __SetPageHead(page);
679         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
680                 struct page *p = page + i;
681                 set_page_count(p, 0);
682                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
683                 set_compound_head(p, page);
684         }
685         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
686         if (hpage_pincount_available(page))
687                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
688 }
689
690 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
691 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
692
693 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
694                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
695 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
696 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
697 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
698
699 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
700
701 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
702 {
703         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
704 }
705 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
706
707 void init_debug_pagealloc(void)
708 {
709         if (!debug_pagealloc_enabled())
710                 return;
711
712         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
713
714         if (!debug_guardpage_minorder())
715                 return;
716
717         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
718 }
719
720 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
721 {
722         unsigned long res;
723
724         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
725                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
726                 return 0;
727         }
728         _debug_guardpage_minorder = res;
729         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
730         return 0;
731 }
732 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
733
734 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
735                                 unsigned int order, int migratetype)
736 {
737         if (!debug_guardpage_enabled())
738                 return false;
739
740         if (order >= debug_guardpage_minorder())
741                 return false;
742
743         __SetPageGuard(page);
744         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
745         set_page_private(page, order);
746         /* Guard pages are not available for any usage */
747         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
748
749         return true;
750 }
751
752 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
753                                 unsigned int order, int migratetype)
754 {
755         if (!debug_guardpage_enabled())
756                 return;
757
758         __ClearPageGuard(page);
759
760         set_page_private(page, 0);
761         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
762                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
763 }
764 #else
765 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
766                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
767 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
768                                 unsigned int order, int migratetype) {}
769 #endif
770
771 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
772 {
773         set_page_private(page, order);
774         __SetPageBuddy(page);
775 }
776
777 /*
778  * This function checks whether a page is free && is the buddy
779  * we can coalesce a page and its buddy if
780  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
781  * (b) the buddy is in the buddy system &&
782  * (c) a page and its buddy have the same order &&
783  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
784  *
785  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
786  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
787  *
788  * For recording page's order, we use page_private(page).
789  */
790 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
791                                                         unsigned int order)
792 {
793         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
794                 return false;
795
796         if (page_order(buddy) != order)
797                 return false;
798
799         /*
800          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
801          * zone/node ids for pages that could never merge.
802          */
803         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
804                 return false;
805
806         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
807
808         return true;
809 }
810
811 #ifdef CONFIG_COMPACTION
812 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
813 {
814         struct capture_control *capc = current->capture_control;
815
816         return capc &&
817                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
818                 !capc->page &&
819                 capc->cc->zone == zone &&
820                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
821 }
822
823 static inline bool
824 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
825                    int order, int migratetype)
826 {
827         if (!capc || order != capc->cc->order)
828                 return false;
829
830         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
831         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
832             is_migrate_isolate(migratetype))
833                 return false;
834
835         /*
836          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
837          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
838          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
839          * have trouble finding a high-order free page.
840          */
841         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
842                 return false;
843
844         capc->page = page;
845         return true;
846 }
847
848 #else
849 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
850 {
851         return NULL;
852 }
853
854 static inline bool
855 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
856                    int order, int migratetype)
857 {
858         return false;
859 }
860 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
861
862 /* Used for pages not on another list */
863 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
864                                     unsigned int order, int migratetype)
865 {
866         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
867
868         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
869         area->nr_free++;
870 }
871
872 /* Used for pages not on another list */
873 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
874                                          unsigned int order, int migratetype)
875 {
876         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
877
878         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
879         area->nr_free++;
880 }
881
882 /* Used for pages which are on another list */
883 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
884                                      unsigned int order, int migratetype)
885 {
886         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
887
888         list_move(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
889 }
890
891 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
892                                            unsigned int order)
893 {
894         /* clear reported state and update reported page count */
895         if (page_reported(page))
896                 __ClearPageReported(page);
897
898         list_del(&page->lru);
899         __ClearPageBuddy(page);
900         set_page_private(page, 0);
901         zone->free_area[order].nr_free--;
902 }
903
904 /*
905  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
906  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
907  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
908  * that is happening, add the free page to the tail of the list
909  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
910  * as a higher order page
911  */
912 static inline bool
913 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
914                    struct page *page, unsigned int order)
915 {
916         struct page *higher_page, *higher_buddy;
917         unsigned long combined_pfn;
918
919         if (order >= MAX_ORDER - 2)
920                 return false;
921
922         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
923                 return false;
924
925         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
926         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
927         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
928         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
929
930         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
931                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
932 }
933
934 /*
935  * Freeing function for a buddy system allocator.
936  *
937  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
938  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
939  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
940  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
941  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
942  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
943  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
944  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
945  * parts of the VM system.
946  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
947  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
948  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
949  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
950  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
951  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
952  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
953  * triggers coalescing into a block of larger size.
954  *
955  * -- nyc
956  */
957
958 static inline void __free_one_page(struct page *page,
959                 unsigned long pfn,
960                 struct zone *zone, unsigned int order,
961                 int migratetype, bool report)
962 {
963         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
964         unsigned long buddy_pfn;
965         unsigned long combined_pfn;
966         unsigned int max_order;
967         struct page *buddy;
968         bool to_tail;
969
970         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
971
972         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
973         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
974
975         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
976         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
977                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
978
979         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
980         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
981
982 continue_merging:
983         while (order < max_order - 1) {
984                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
985                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
986                                                                 migratetype);
987                         return;
988                 }
989                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
990                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
991
992                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
993                         goto done_merging;
994                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
995                         goto done_merging;
996                 /*
997                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
998                  * merge with it and move up one order.
999                  */
1000                 if (page_is_guard(buddy))
1001                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1002                 else
1003                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1004                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1005                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1006                 pfn = combined_pfn;
1007                 order++;
1008         }
1009         if (max_order < MAX_ORDER) {
1010                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1011                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1012                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1013                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1014                  *
1015                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1016                  * low-order merging.
1017                  */
1018                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1019                         int buddy_mt;
1020
1021                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1022                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1023                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1024
1025                         if (migratetype != buddy_mt
1026                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1027                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1028                                 goto done_merging;
1029                 }
1030                 max_order++;
1031                 goto continue_merging;
1032         }
1033
1034 done_merging:
1035         set_page_order(page, order);
1036
1037         if (is_shuffle_order(order))
1038                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1039         else
1040                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1041
1042         if (to_tail)
1043                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1044         else
1045                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1046
1047         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1048         if (report)
1049                 page_reporting_notify_free(order);
1050 }
1051
1052 /*
1053  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1054  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1055  * check if necessary.
1056  */
1057 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1058                                         unsigned long check_flags)
1059 {
1060         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1061                 return false;
1062
1063         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1064                         page_ref_count(page) |
1065 #ifdef CONFIG_MEMCG
1066                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1067 #endif
1068                         (page->flags & check_flags)))
1069                 return false;
1070
1071         return true;
1072 }
1073
1074 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1075 {
1076         const char *bad_reason = NULL;
1077
1078         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1079                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1080         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1081                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1082         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1083                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1084         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1085                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1086                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1087                 else
1088                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1089         }
1090 #ifdef CONFIG_MEMCG
1091         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1092                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1093 #endif
1094         return bad_reason;
1095 }
1096
1097 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1098 {
1099         bad_page(page,
1100                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1101 }
1102
1103 static inline int check_free_page(struct page *page)
1104 {
1105         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1106                 return 0;
1107
1108         /* Something has gone sideways, find it */
1109         check_free_page_bad(page);
1110         return 1;
1111 }
1112
1113 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1114 {
1115         int ret = 1;
1116
1117         /*
1118          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1119          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1120          */
1121         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1122
1123         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1124                 ret = 0;
1125                 goto out;
1126         }
1127         switch (page - head_page) {
1128         case 1:
1129                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1130                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1131                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1132                         goto out;
1133                 }
1134                 break;
1135         case 2:
1136                 /*
1137                  * the second tail page: ->mapping is
1138                  * deferred_list.next -- ignore value.
1139                  */
1140                 break;
1141         default:
1142                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1143                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1144                         goto out;
1145                 }
1146                 break;
1147         }
1148         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1149                 bad_page(page, "PageTail not set");
1150                 goto out;
1151         }
1152         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1153                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1154                 goto out;
1155         }
1156         ret = 0;
1157 out:
1158         page->mapping = NULL;
1159         clear_compound_head(page);
1160         return ret;
1161 }
1162
1163 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1164 {
1165         int i;
1166
1167         for (i = 0; i < numpages; i++)
1168                 clear_highpage(page + i);
1169 }
1170
1171 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1172                                         unsigned int order, bool check_free)
1173 {
1174         int bad = 0;
1175
1176         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1177
1178         trace_mm_page_free(page, order);
1179
1180         /*
1181          * Check tail pages before head page information is cleared to
1182          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1183          */
1184         if (unlikely(order)) {
1185                 bool compound = PageCompound(page);
1186                 int i;
1187
1188                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1189
1190                 if (compound)
1191                         ClearPageDoubleMap(page);
1192                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1193                         if (compound)
1194                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1195                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1196                                 bad++;
1197                                 continue;
1198                         }
1199                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1200                 }
1201         }
1202         if (PageMappingFlags(page))
1203                 page->mapping = NULL;
1204         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1205                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1206         if (check_free)
1207                 bad += check_free_page(page);
1208         if (bad)
1209                 return false;
1210
1211         page_cpupid_reset_last(page);
1212         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1213         reset_page_owner(page, order);
1214
1215         if (!PageHighMem(page)) {
1216                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1217                                            PAGE_SIZE << order);
1218                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1219                                            PAGE_SIZE << order);
1220         }
1221         if (want_init_on_free())
1222                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1223
1224         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1225         /*
1226          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1227          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1228          * happen after this.
1229          */
1230         arch_free_page(page, order);
1231
1232         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1233                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1234
1235         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1236
1237         return true;
1238 }
1239
1240 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1241 /*
1242  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1243  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1244  * moved from pcp lists to free lists.
1245  */
1246 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1247 {
1248         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1249 }
1250
1251 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1252 {
1253         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1254                 return check_free_page(page);
1255         else
1256                 return false;
1257 }
1258 #else
1259 /*
1260  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1261  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1262  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1263  * to the pcp lists.
1264  */
1265 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1266 {
1267         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1268                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1269         else
1270                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1271 }
1272
1273 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1274 {
1275         return check_free_page(page);
1276 }
1277 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1278
1279 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1280 {
1281         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1282         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1283         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1284
1285         prefetch(buddy);
1286 }
1287
1288 /*
1289  * Frees a number of pages from the PCP lists
1290  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1291  * count is the number of pages to free.
1292  *
1293  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1294  * see if this freeing clears that state.
1295  *
1296  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1297  * pinned" detection logic.
1298  */
1299 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1300                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1301 {
1302         int migratetype = 0;
1303         int batch_free = 0;
1304         int prefetch_nr = 0;
1305         bool isolated_pageblocks;
1306         struct page *page, *tmp;
1307         LIST_HEAD(head);
1308
1309         while (count) {
1310                 struct list_head *list;
1311
1312                 /*
1313                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1314                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1315                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1316                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1317                  * lists
1318                  */
1319                 do {
1320                         batch_free++;
1321                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1322                                 migratetype = 0;
1323                         list = &pcp->lists[migratetype];
1324                 } while (list_empty(list));
1325
1326                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1327                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1328                         batch_free = count;
1329
1330                 do {
1331                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1332                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1333                         list_del(&page->lru);
1334                         pcp->count--;
1335
1336                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1337                                 continue;
1338
1339                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1340
1341                         /*
1342                          * We are going to put the page back to the global
1343                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1344                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1345                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1346                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1347                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1348                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1349                          */
1350                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1351                                 prefetch_buddy(page);
1352                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1353         }
1354
1355         spin_lock(&zone->lock);
1356         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1357
1358         /*
1359          * Use safe version since after __free_one_page(),
1360          * page->lru.next will not point to original list.
1361          */
1362         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1363                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1364                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1365                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1366                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1367                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1368                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1369
1370                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt, true);
1371                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1372         }
1373         spin_unlock(&zone->lock);
1374 }
1375
1376 static void free_one_page(struct zone *zone,
1377                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1378                                 unsigned int order,
1379                                 int migratetype)
1380 {
1381         spin_lock(&zone->lock);
1382         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1383                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1384                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1385         }
1386         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, true);
1387         spin_unlock(&zone->lock);
1388 }
1389
1390 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1391                                 unsigned long zone, int nid)
1392 {
1393         mm_zero_struct_page(page);
1394         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1395         init_page_count(page);
1396         page_mapcount_reset(page);
1397         page_cpupid_reset_last(page);
1398         page_kasan_tag_reset(page);
1399
1400         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1401 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1402         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1403         if (!is_highmem_idx(zone))
1404                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1405 #endif
1406 }
1407
1408 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1409 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1410 {
1411         pg_data_t *pgdat;
1412         int nid, zid;
1413
1414         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1415                 return;
1416
1417         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1418         pgdat = NODE_DATA(nid);
1419
1420         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1421                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1422
1423                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1424                         break;
1425         }
1426         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1427 }
1428 #else
1429 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1430 {
1431 }
1432 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1433
1434 /*
1435  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1436  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1437  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1438  * sent to the buddy page allocator.
1439  */
1440 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1441 {
1442         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1443         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1444
1445         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1446                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1447                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1448
1449                         init_reserved_page(start_pfn);
1450
1451                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1452                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1453
1454                         /*
1455                          * no need for atomic set_bit because the struct
1456                          * page is not visible yet so nobody should
1457                          * access it yet.
1458                          */
1459                         __SetPageReserved(page);
1460                 }
1461         }
1462 }
1463
1464 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1465 {
1466         unsigned long flags;
1467         int migratetype;
1468         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1469
1470         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1471                 return;
1472
1473         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1474         local_irq_save(flags);
1475         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1476         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1477         local_irq_restore(flags);
1478 }
1479
1480 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1481 {
1482         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1483         struct page *p = page;
1484         unsigned int loop;
1485
1486         prefetchw(p);
1487         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1488                 prefetchw(p + 1);
1489                 __ClearPageReserved(p);
1490                 set_page_count(p, 0);
1491         }
1492         __ClearPageReserved(p);
1493         set_page_count(p, 0);
1494
1495         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1496         set_page_refcounted(page);
1497         __free_pages(page, order);
1498 }
1499
1500 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1501
1502 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1503
1504 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
1505
1506 /*
1507  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1508  */
1509 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1510                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1511 {
1512         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1513         int nid;
1514
1515         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1516                 return state->last_nid;
1517
1518         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1519         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1520                 state->last_start = start_pfn;
1521                 state->last_end = end_pfn;
1522                 state->last_nid = nid;
1523         }
1524
1525         return nid;
1526 }
1527 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
1528
1529 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1530 {
1531         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1532         int nid;
1533
1534         spin_lock(&early_pfn_lock);
1535         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1536         if (nid < 0)
1537                 nid = first_online_node;
1538         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1539
1540         return nid;
1541 }
1542 #endif /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1543
1544 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1545                                                         unsigned int order)
1546 {
1547         if (early_page_uninitialised(pfn))
1548                 return;
1549         __free_pages_core(page, order);
1550 }
1551
1552 /*
1553  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1554  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1555  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1556  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1557  * pageblocks.
1558  *
1559  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1560  *
1561  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1562  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1563  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1564  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1565  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1566  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1567  * page in a pageblock.
1568  */
1569 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1570                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1571 {
1572         struct page *start_page;
1573         struct page *end_page;
1574
1575         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1576         end_pfn--;
1577
1578         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1579                 return NULL;
1580
1581         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1582         if (!start_page)
1583                 return NULL;
1584
1585         if (page_zone(start_page) != zone)
1586                 return NULL;
1587
1588         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1589
1590         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1591         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1592                 return NULL;
1593
1594         return start_page;
1595 }
1596
1597 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1598 {
1599         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1600         unsigned long block_end_pfn;
1601
1602         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1603         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1604                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1605                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1606
1607                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1608
1609                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1610                                              block_end_pfn, zone))
1611                         return;
1612                 cond_resched();
1613         }
1614
1615         /* We confirm that there is no hole */
1616         zone->contiguous = true;
1617 }
1618
1619 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1620 {
1621         zone->contiguous = false;
1622 }
1623
1624 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1625 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1626                                        unsigned long nr_pages)
1627 {
1628         struct page *page;
1629         unsigned long i;
1630
1631         if (!nr_pages)
1632                 return;
1633
1634         page = pfn_to_page(pfn);
1635
1636         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1637         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1638             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1639                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1640                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1641                 return;
1642         }
1643
1644         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1645                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1646                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1647                 __free_pages_core(page, 0);
1648         }
1649 }
1650
1651 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1652 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1653 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1654
1655 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1656 {
1657         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1658                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1659 }
1660
1661 /*
1662  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1663  *
1664  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1665  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1666  * function is optimized out.
1667  *
1668  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1669  * of the head pfn.
1670  */
1671 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1672 {
1673         if (!pfn_valid_within(pfn))
1674                 return false;
1675         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1676                 return false;
1677         return true;
1678 }
1679
1680 /*
1681  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1682  * pageblock_nr_pages sizes.
1683  */
1684 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1685                                        unsigned long end_pfn)
1686 {
1687         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1688         unsigned long nr_free = 0;
1689
1690         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1691                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1692                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1693                         nr_free = 0;
1694                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1695                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1696                         nr_free = 1;
1697                 } else {
1698                         nr_free++;
1699                 }
1700         }
1701         /* Free the last block of pages to allocator */
1702         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1703 }
1704
1705 /*
1706  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1707  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1708  * Return number of pages initialized.
1709  */
1710 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1711                                                  unsigned long pfn,
1712                                                  unsigned long end_pfn)
1713 {
1714         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1715         int nid = zone_to_nid(zone);
1716         unsigned long nr_pages = 0;
1717         int zid = zone_idx(zone);
1718         struct page *page = NULL;
1719
1720         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1721                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1722                         page = NULL;
1723                         continue;
1724                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1725                         page = pfn_to_page(pfn);
1726                 } else {
1727                         page++;
1728                 }
1729                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1730                 nr_pages++;
1731         }
1732         return (nr_pages);
1733 }
1734
1735 /*
1736  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1737  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1738  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1739  * return false indicating there are no valid ranges left.
1740  */
1741 static bool __init
1742 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1743                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1744                                     unsigned long first_init_pfn)
1745 {
1746         u64 j;
1747
1748         /*
1749          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1750          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1751          * so we just need to flush them out of the system.
1752          */
1753         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1754                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1755                         continue;
1756                 if (*spfn < first_init_pfn)
1757                         *spfn = first_init_pfn;
1758                 *i = j;
1759                 return true;
1760         }
1761
1762         return false;
1763 }
1764
1765 /*
1766  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1767  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1768  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1769  * page in __free_one_page()).
1770  *
1771  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1772  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1773  * any issues with the buddy page computation.
1774  */
1775 static unsigned long __init
1776 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1777                        unsigned long *end_pfn)
1778 {
1779         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1780         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1781         unsigned long nr_pages = 0;
1782         u64 j = *i;
1783
1784         /* First we loop through and initialize the page values */
1785         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1786                 unsigned long t;
1787
1788                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1789                         break;
1790
1791                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1792                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1793
1794                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1795                         *start_pfn = mo_pfn;
1796                         break;
1797                 }
1798         }
1799
1800         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1801         swap(j, *i);
1802
1803         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1804                 unsigned long t;
1805
1806                 if (mo_pfn <= spfn)
1807                         break;
1808
1809                 t = min(mo_pfn, epfn);
1810                 deferred_free_pages(spfn, t);
1811
1812                 if (mo_pfn <= epfn)
1813                         break;
1814         }
1815
1816         return nr_pages;
1817 }
1818
1819 static void __init
1820 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1821                            void *arg)
1822 {
1823         unsigned long spfn, epfn;
1824         struct zone *zone = arg;
1825         u64 i;
1826
1827         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
1828
1829         /*
1830          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
1831          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
1832          */
1833         while (spfn < end_pfn) {
1834                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1835                 cond_resched();
1836         }
1837 }
1838
1839 /* An arch may override for more concurrency. */
1840 __weak int __init
1841 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
1842 {
1843         return 1;
1844 }
1845
1846 /* Initialise remaining memory on a node */
1847 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1848 {
1849         pg_data_t *pgdat = data;
1850         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1851         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
1852         unsigned long first_init_pfn, flags;
1853         unsigned long start = jiffies;
1854         struct zone *zone;
1855         int zid, max_threads;
1856         u64 i;
1857
1858         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1859         if (!cpumask_empty(cpumask))
1860                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1861
1862         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1863         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1864         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1865                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1866                 pgdat_init_report_one_done();
1867                 return 0;
1868         }
1869
1870         /* Sanity check boundaries */
1871         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1872         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1873         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1874
1875         /*
1876          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
1877          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
1878          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
1879          */
1880         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1881
1882         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1883         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1884                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1885                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1886                         break;
1887         }
1888
1889         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1890         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1891                                                  first_init_pfn))
1892                 goto zone_empty;
1893
1894         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
1895
1896         while (spfn < epfn) {
1897                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
1898                 struct padata_mt_job job = {
1899                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
1900                         .fn_arg      = zone,
1901                         .start       = spfn,
1902                         .size        = epfn_align - spfn,
1903                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
1904                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
1905                         .max_threads = max_threads,
1906                 };
1907
1908                 padata_do_multithreaded(&job);
1909                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1910                                                     epfn_align);
1911         }
1912 zone_empty:
1913         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1914         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1915
1916         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
1917                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1918
1919         pgdat_init_report_one_done();
1920         return 0;
1921 }
1922
1923 /*
1924  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1925  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1926  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1927  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1928  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1929  *
1930  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1931  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1932  * enough pages to satisfy the allocation.
1933  *
1934  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1935  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1936  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1937  */
1938 static noinline bool __init
1939 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1940 {
1941         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1942         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1943         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1944         unsigned long spfn, epfn, flags;
1945         unsigned long nr_pages = 0;
1946         u64 i;
1947
1948         /* Only the last zone may have deferred pages */
1949         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1950                 return false;
1951
1952         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1953
1954         /*
1955          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1956          * true, as there might be enough pages already.
1957          */
1958         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1959                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1960                 return true;
1961         }
1962
1963         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1964         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1965                                                  first_deferred_pfn)) {
1966                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1967                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1968                 /* Retry only once. */
1969                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1970         }
1971
1972         /*
1973          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1974          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1975          * allocator.
1976          */
1977         while (spfn < epfn) {
1978                 /* update our first deferred PFN for this section */
1979                 first_deferred_pfn = spfn;
1980
1981                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1982                 touch_nmi_watchdog();
1983
1984                 /* We should only stop along section boundaries */
1985                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1986                         continue;
1987
1988                 /* If our quota has been met we can stop here */
1989                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1990                         break;
1991         }
1992
1993         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1994         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1995
1996         return nr_pages > 0;
1997 }
1998
1999 /*
2000  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2001  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2002  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2003  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2004  */
2005 static bool __ref
2006 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2007 {
2008         return deferred_grow_zone(zone, order);
2009 }
2010
2011 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2012
2013 void __init page_alloc_init_late(void)
2014 {
2015         struct zone *zone;
2016         int nid;
2017
2018 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2019
2020         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2021         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2022         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2023                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2024         }
2025
2026         /* Block until all are initialised */
2027         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2028
2029         /*
2030          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
2031          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
2032          * will be artificially small.
2033          */
2034         for_each_populated_zone(zone)
2035                 zone_pcp_update(zone);
2036
2037         /*
2038          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2039          * on-demand struct page initialization.
2040          */
2041         static_branch_disable(&deferred_pages);
2042
2043         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2044         files_maxfiles_init();
2045 #endif
2046
2047         /* Discard memblock private memory */
2048         memblock_discard();
2049
2050         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2051                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2052
2053         for_each_populated_zone(zone)
2054                 set_zone_contiguous(zone);
2055 }
2056
2057 #ifdef CONFIG_CMA
2058 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2059 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2060 {
2061         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2062         struct page *p = page;
2063
2064         do {
2065                 __ClearPageReserved(p);
2066                 set_page_count(p, 0);
2067         } while (++p, --i);
2068
2069         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2070
2071         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2072                 i = pageblock_nr_pages;
2073                 p = page;
2074                 do {
2075                         set_page_refcounted(p);
2076                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2077                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2078                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2079         } else {
2080                 set_page_refcounted(page);
2081                 __free_pages(page, pageblock_order);
2082         }
2083
2084         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2085 }
2086 #endif
2087
2088 /*
2089  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2090  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2091  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2092  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2093  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2094  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2095  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2096  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2097  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2098  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2099  *
2100  * -- nyc
2101  */
2102 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2103         int low, int high, int migratetype)
2104 {
2105         unsigned long size = 1 << high;
2106
2107         while (high > low) {
2108                 high--;
2109                 size >>= 1;
2110                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2111
2112                 /*
2113                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2114                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2115                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2116                  * pages will stay not present in virtual address space
2117                  */
2118                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2119                         continue;
2120
2121                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2122                 set_page_order(&page[size], high);
2123         }
2124 }
2125
2126 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2127 {
2128         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2129                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2130                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2131                 return;
2132         }
2133
2134         bad_page(page,
2135                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2136 }
2137
2138 /*
2139  * This page is about to be returned from the page allocator
2140  */
2141 static inline int check_new_page(struct page *page)
2142 {
2143         if (likely(page_expected_state(page,
2144                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2145                 return 0;
2146
2147         check_new_page_bad(page);
2148         return 1;
2149 }
2150
2151 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2152 {
2153         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2154                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2155 }
2156
2157 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2158 /*
2159  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2160  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2161  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2162  */
2163 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2164 {
2165         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2166                 return check_new_page(page);
2167         else
2168                 return false;
2169 }
2170
2171 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2172 {
2173         return check_new_page(page);
2174 }
2175 #else
2176 /*
2177  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2178  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2179  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2180  */
2181 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2182 {
2183         return check_new_page(page);
2184 }
2185 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2186 {
2187         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2188                 return check_new_page(page);
2189         else
2190                 return false;
2191 }
2192 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2193
2194 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2195 {
2196         int i;
2197         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2198                 struct page *p = page + i;
2199
2200                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2201                         return true;
2202         }
2203
2204         return false;
2205 }
2206
2207 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2208                                 gfp_t gfp_flags)
2209 {
2210         set_page_private(page, 0);
2211         set_page_refcounted(page);
2212
2213         arch_alloc_page(page, order);
2214         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2215                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2216         kasan_alloc_pages(page, order);
2217         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2218         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2219 }
2220
2221 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2222                                                         unsigned int alloc_flags)
2223 {
2224         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2225
2226         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2227                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2228
2229         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2230                 prep_compound_page(page, order);
2231
2232         /*
2233          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2234          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2235          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2236          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2237          */
2238         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2239                 set_page_pfmemalloc(page);
2240         else
2241                 clear_page_pfmemalloc(page);
2242 }
2243
2244 /*
2245  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2246  * the smallest available page from the freelists
2247  */
2248 static __always_inline
2249 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2250                                                 int migratetype)
2251 {
2252         unsigned int current_order;
2253         struct free_area *area;
2254         struct page *page;
2255
2256         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2257         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2258                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2259                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2260                 if (!page)
2261                         continue;
2262                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2263                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2264                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2265                 return page;
2266         }
2267
2268         return NULL;
2269 }
2270
2271
2272 /*
2273  * This array describes the order lists are fallen back to when
2274  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2275  */
2276 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2277         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2278         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2279         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2280 #ifdef CONFIG_CMA
2281         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2282 #endif
2283 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2284         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2285 #endif
2286 };
2287
2288 #ifdef CONFIG_CMA
2289 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2290                                         unsigned int order)
2291 {
2292         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2293 }
2294 #else
2295 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2296                                         unsigned int order) { return NULL; }
2297 #endif
2298
2299 /*
2300  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2301  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2302  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2303  */
2304 static int move_freepages(struct zone *zone,
2305                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2306                           int migratetype, int *num_movable)
2307 {
2308         struct page *page;
2309         unsigned int order;
2310         int pages_moved = 0;
2311
2312         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2313                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2314                         page++;
2315                         continue;
2316                 }
2317
2318                 if (!PageBuddy(page)) {
2319                         /*
2320                          * We assume that pages that could be isolated for
2321                          * migration are movable. But we don't actually try
2322                          * isolating, as that would be expensive.
2323                          */
2324                         if (num_movable &&
2325                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2326                                 (*num_movable)++;
2327
2328                         page++;
2329                         continue;
2330                 }
2331
2332                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2333                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2334                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2335
2336                 order = page_order(page);
2337                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2338                 page += 1 << order;
2339                 pages_moved += 1 << order;
2340         }
2341
2342         return pages_moved;
2343 }
2344
2345 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2346                                 int migratetype, int *num_movable)
2347 {
2348         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2349         struct page *start_page, *end_page;
2350
2351         if (num_movable)
2352                 *num_movable = 0;
2353
2354         start_pfn = page_to_pfn(page);
2355         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2356         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2357         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2358         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2359
2360         /* Do not cross zone boundaries */
2361         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2362                 start_page = page;
2363         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2364                 return 0;
2365
2366         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2367                                                                 num_movable);
2368 }
2369
2370 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2371                                         int start_order, int migratetype)
2372 {
2373         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2374
2375         while (nr_pageblocks--) {
2376                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2377                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2378         }
2379 }
2380
2381 /*
2382  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2383  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2384  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2385  *
2386  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2387  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2388  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2389  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2390  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2391  * pageblocks.
2392  */
2393 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2394 {
2395         /*
2396          * Leaving this order check is intended, although there is
2397          * relaxed order check in next check. The reason is that
2398          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2399          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2400          * so could be changed anytime.
2401          */
2402         if (order >= pageblock_order)
2403                 return true;
2404
2405         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2406                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2407                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2408                 page_group_by_mobility_disabled)
2409                 return true;
2410
2411         return false;
2412 }
2413
2414 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2415 {
2416         unsigned long max_boost;
2417
2418         if (!watermark_boost_factor)
2419                 return;
2420         /*
2421          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2422          * On small machines, including kdump capture kernels running
2423          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2424          * memory situation immediately.
2425          */
2426         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2427                 return;
2428
2429         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2430                         watermark_boost_factor, 10000);
2431
2432         /*
2433          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2434          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2435          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2436          * allocations that early means that reclaim is not going
2437          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2438          * boosted watermark resulting in a hang.
2439          */
2440         if (!max_boost)
2441                 return;
2442
2443         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2444
2445         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2446                 max_boost);
2447 }
2448
2449 /*
2450  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2451  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2452  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2453  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2454  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2455  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2456  */
2457 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2458                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2459 {
2460         unsigned int current_order = page_order(page);
2461         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2462         int old_block_type;
2463
2464         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2465
2466         /*
2467          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2468          * highatomic accounting.
2469          */
2470         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2471                 goto single_page;
2472
2473         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2474         if (current_order >= pageblock_order) {
2475                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2476                 goto single_page;
2477         }
2478
2479         /*
2480          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2481          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2482          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2483          */
2484         boost_watermark(zone);
2485         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2486                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2487
2488         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2489         if (!whole_block)
2490                 goto single_page;
2491
2492         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2493                                                 &movable_pages);
2494         /*
2495          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2496          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2497          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2498          */
2499         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2500                 alike_pages = movable_pages;
2501         } else {
2502                 /*
2503                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2504                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2505                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2506                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2507                  * exact migratetype of non-movable pages.
2508                  */
2509                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2510                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2511                                                 - (free_pages + movable_pages);
2512                 else
2513                         alike_pages = 0;
2514         }
2515
2516         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2517         if (!free_pages)
2518                 goto single_page;
2519
2520         /*
2521          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2522          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2523          */
2524         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2525                         page_group_by_mobility_disabled)
2526                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2527
2528         return;
2529
2530 single_page:
2531         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2532 }
2533
2534 /*
2535  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2536  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2537  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2538  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2539  */
2540 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2541                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2542 {
2543         int i;
2544         int fallback_mt;
2545
2546         if (area->nr_free == 0)
2547                 return -1;
2548
2549         *can_steal = false;
2550         for (i = 0;; i++) {
2551                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2552                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2553                         break;
2554
2555                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2556                         continue;
2557
2558                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2559                         *can_steal = true;
2560
2561                 if (!only_stealable)
2562                         return fallback_mt;
2563
2564                 if (*can_steal)
2565                         return fallback_mt;
2566         }
2567
2568         return -1;
2569 }
2570
2571 /*
2572  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2573  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2574  */
2575 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2576                                 unsigned int alloc_order)
2577 {
2578         int mt;
2579         unsigned long max_managed, flags;
2580
2581         /*
2582          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2583          * Check is race-prone but harmless.
2584          */
2585         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2586         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2587                 return;
2588
2589         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2590
2591         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2592         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2593                 goto out_unlock;
2594
2595         /* Yoink! */
2596         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2597         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2598             && !is_migrate_cma(mt)) {
2599                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2600                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2601                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2602         }
2603
2604 out_unlock:
2605         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2606 }
2607
2608 /*
2609  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2610  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2611  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2612  * to recover from than an OOM.
2613  *
2614  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2615  * pageblock is exhausted.
2616  */
2617 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2618                                                 bool force)
2619 {
2620         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2621         unsigned long flags;
2622         struct zoneref *z;
2623         struct zone *zone;
2624         struct page *page;
2625         int order;
2626         bool ret;
2627
2628         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2629                                                                 ac->nodemask) {
2630                 /*
2631                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2632                  * is really high.
2633                  */
2634                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2635                                         pageblock_nr_pages)
2636                         continue;
2637
2638                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2639                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2640                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2641
2642                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2643                         if (!page)
2644                                 continue;
2645
2646                         /*
2647                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2648                          * we can counter several free pages in a pageblock
2649                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2650                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2651                          * adjust the count once.
2652                          */
2653                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2654                                 /*
2655                                  * It should never happen but changes to
2656                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2657                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2658                                  * while unreserving so be safe and watch for
2659                                  * underflows.
2660                                  */
2661                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2662                                                 pageblock_nr_pages,
2663                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2664                         }
2665
2666                         /*
2667                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2668                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2669                          * is doing the work and needs the pages. More
2670                          * importantly, if the block was always converted to
2671                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2672                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2673                          * may increase.
2674                          */
2675                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2676                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2677                                                                         NULL);
2678                         if (ret) {
2679                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2680                                 return ret;
2681                         }
2682                 }
2683                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2684         }
2685
2686         return false;
2687 }
2688
2689 /*
2690  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2691  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2692  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2693  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2694  *
2695  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2696  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2697  * condition simpler.
2698  */
2699 static __always_inline bool
2700 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2701                                                 unsigned int alloc_flags)
2702 {
2703         struct free_area *area;
2704         int current_order;
2705         int min_order = order;
2706         struct page *page;
2707         int fallback_mt;
2708         bool can_steal;
2709
2710         /*
2711          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2712          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2713          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2714          */
2715         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2716                 min_order = pageblock_order;
2717
2718         /*
2719          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2720          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2721          * would be too costly to do exactly.
2722          */
2723         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2724                                 --current_order) {
2725                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2726                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2727                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2728                 if (fallback_mt == -1)
2729                         continue;
2730
2731                 /*
2732                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2733                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2734                  * steal and split the smallest available page instead of the
2735                  * largest available page, because even if the next movable
2736                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2737                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2738                  */
2739                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2740                                         && current_order > order)
2741                         goto find_smallest;
2742
2743                 goto do_steal;
2744         }
2745
2746         return false;
2747
2748 find_smallest:
2749         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2750                                                         current_order++) {
2751                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2752                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2753                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2754                 if (fallback_mt != -1)
2755                         break;
2756         }
2757
2758         /*
2759          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2760          * when looking for the largest page.
2761          */
2762         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2763
2764 do_steal:
2765         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2766
2767         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2768                                                                 can_steal);
2769
2770         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2771                 start_migratetype, fallback_mt);
2772
2773         return true;
2774
2775 }
2776
2777 /*
2778  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2779  * Call me with the zone->lock already held.
2780  */
2781 static __always_inline struct page *
2782 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2783                                                 unsigned int alloc_flags)
2784 {
2785         struct page *page;
2786
2787 #ifdef CONFIG_CMA
2788         /*
2789          * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2790          * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2791          * is in the CMA area.
2792          */
2793         if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE &&
2794             zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2795             zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2796                 page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2797                 if (page)
2798                         return page;
2799         }
2800 #endif
2801 retry:
2802         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2803         if (unlikely(!page)) {
2804                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2805                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2806
2807                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2808                                                                 alloc_flags))
2809                         goto retry;
2810         }
2811
2812         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2813         return page;
2814 }
2815
2816 /*
2817  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2818  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2819  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2820  */
2821 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2822                         unsigned long count, struct list_head *list,
2823                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2824 {
2825         int i, alloced = 0;
2826
2827         spin_lock(&zone->lock);
2828         for (i = 0; i < count; ++i) {
2829                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2830                                                                 alloc_flags);
2831                 if (unlikely(page == NULL))
2832                         break;
2833
2834                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2835                         continue;
2836
2837                 /*
2838                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2839                  * physical page order. The page is added to the tail of
2840                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2841                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2842                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2843                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2844                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2845                  * pages are ordered properly.
2846                  */
2847                 list_add_tail(&page->lru, list);
2848                 alloced++;
2849                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2850                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2851                                               -(1 << order));
2852         }
2853
2854         /*
2855          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2856          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2857          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2858          * pages added to the pcp list.
2859          */
2860         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2861         spin_unlock(&zone->lock);
2862         return alloced;
2863 }
2864
2865 #ifdef CONFIG_NUMA
2866 /*
2867  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2868  * currently executing processor on remote nodes after they have
2869  * expired.
2870  *
2871  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2872  * a single processor.
2873  */
2874 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2875 {
2876         unsigned long flags;
2877         int to_drain, batch;
2878
2879         local_irq_save(flags);
2880         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2881         to_drain = min(pcp->count, batch);
2882         if (to_drain > 0)
2883                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2884         local_irq_restore(flags);
2885 }
2886 #endif
2887
2888 /*
2889  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2890  *
2891  * The processor must either be the current processor and the
2892  * thread pinned to the current processor or a processor that
2893  * is not online.
2894  */
2895 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2896 {
2897         unsigned long flags;
2898         struct per_cpu_pageset *pset;
2899         struct per_cpu_pages *pcp;
2900
2901         local_irq_save(flags);
2902         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2903
2904         pcp = &pset->pcp;
2905         if (pcp->count)
2906                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2907         local_irq_restore(flags);
2908 }
2909
2910 /*
2911  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2912  *
2913  * The processor must either be the current processor and the
2914  * thread pinned to the current processor or a processor that
2915  * is not online.
2916  */
2917 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2918 {
2919         struct zone *zone;
2920
2921         for_each_populated_zone(zone) {
2922                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2923         }
2924 }
2925
2926 /*
2927  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2928  *
2929  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2930  * the single zone's pages.
2931  */
2932 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2933 {
2934         int cpu = smp_processor_id();
2935
2936         if (zone)
2937                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2938         else
2939                 drain_pages(cpu);
2940 }
2941
2942 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2943 {
2944         struct pcpu_drain *drain;
2945
2946         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2947
2948         /*
2949          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2950          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2951          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2952          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2953          * a different one.
2954          */
2955         preempt_disable();
2956         drain_local_pages(drain->zone);
2957         preempt_enable();
2958 }
2959
2960 /*
2961  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2962  *
2963  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2964  *
2965  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2966  */
2967 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2968 {
2969         int cpu;
2970
2971         /*
2972          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2973          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2974          */
2975         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2976
2977         /*
2978          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2979          * initialized.
2980          */
2981         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2982                 return;
2983
2984         /*
2985          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2986          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2987          * the drain to be complete when the call returns.
2988          */
2989         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2990                 if (!zone)
2991                         return;
2992                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2993         }
2994
2995         /*
2996          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2997          * as offline notification will cause the notified
2998          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2999          * disables preemption as part of its processing
3000          */
3001         for_each_online_cpu(cpu) {
3002                 struct per_cpu_pageset *pcp;
3003                 struct zone *z;
3004                 bool has_pcps = false;
3005
3006                 if (zone) {
3007                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3008                         if (pcp->pcp.count)
3009                                 has_pcps = true;
3010                 } else {
3011                         for_each_populated_zone(z) {
3012                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
3013                                 if (pcp->pcp.count) {
3014                                         has_pcps = true;
3015                                         break;
3016                                 }
3017                         }
3018                 }
3019
3020                 if (has_pcps)
3021                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3022                 else
3023                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3024         }
3025
3026         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3027                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3028
3029                 drain->zone = zone;
3030                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3031                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3032         }
3033         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3034                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3035
3036         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3037 }
3038
3039 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3040
3041 /*
3042  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3043  */
3044 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3045
3046 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3047 {
3048         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3049         unsigned long flags;
3050         unsigned int order, t;
3051         struct page *page;
3052
3053         if (zone_is_empty(zone))
3054                 return;
3055
3056         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3057
3058         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3059         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3060                 if (pfn_valid(pfn)) {
3061                         page = pfn_to_page(pfn);
3062
3063                         if (!--page_count) {
3064                                 touch_nmi_watchdog();
3065                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3066                         }
3067
3068                         if (page_zone(page) != zone)
3069                                 continue;
3070
3071                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3072                                 swsusp_unset_page_free(page);
3073                 }
3074
3075         for_each_migratetype_order(order, t) {
3076                 list_for_each_entry(page,
3077                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3078                         unsigned long i;
3079
3080                         pfn = page_to_pfn(page);
3081                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3082                                 if (!--page_count) {
3083                                         touch_nmi_watchdog();
3084                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3085                                 }
3086                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3087                         }
3088                 }
3089         }
3090         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3091 }
3092 #endif /* CONFIG_PM */
3093
3094 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3095 {
3096         int migratetype;
3097
3098         if (!free_pcp_prepare(page))
3099                 return false;
3100
3101         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3102         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3103         return true;
3104 }
3105
3106 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3107 {
3108         struct zone *zone = page_zone(page);
3109         struct per_cpu_pages *pcp;
3110         int migratetype;
3111
3112         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3113         __count_vm_event(PGFREE);
3114
3115         /*
3116          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3117          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3118          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3119          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3120          * excessively into the page allocator
3121          */
3122         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3123                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3124                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3125                         return;
3126                 }
3127                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3128         }
3129
3130         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3131         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3132         pcp->count++;
3133         if (pcp->count >= pcp->high) {
3134                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3135                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3136         }
3137 }
3138
3139 /*
3140  * Free a 0-order page
3141  */
3142 void free_unref_page(struct page *page)
3143 {
3144         unsigned long flags;
3145         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3146
3147         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3148                 return;
3149
3150         local_irq_save(flags);
3151         free_unref_page_commit(page, pfn);
3152         local_irq_restore(flags);
3153 }
3154
3155 /*
3156  * Free a list of 0-order pages
3157  */
3158 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3159 {
3160         struct page *page, *next;
3161         unsigned long flags, pfn;
3162         int batch_count = 0;
3163
3164         /* Prepare pages for freeing */
3165         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3166                 pfn = page_to_pfn(page);
3167                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3168                         list_del(&page->lru);
3169                 set_page_private(page, pfn);
3170         }
3171
3172         local_irq_save(flags);
3173         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3174                 unsigned long pfn = page_private(page);
3175
3176                 set_page_private(page, 0);
3177                 trace_mm_page_free_batched(page);
3178                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3179
3180                 /*
3181                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3182                  * a large list of pages to free.
3183                  */
3184                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3185                         local_irq_restore(flags);
3186                         batch_count = 0;
3187                         local_irq_save(flags);
3188                 }
3189         }
3190         local_irq_restore(flags);
3191 }
3192
3193 /*
3194  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3195  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3196  * Each sub-page must be freed individually.
3197  *
3198  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3199  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3200  */
3201 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3202 {
3203         int i;
3204
3205         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3206         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3207
3208         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3209                 set_page_refcounted(page + i);
3210         split_page_owner(page, order);
3211 }
3212 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3213
3214 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3215 {
3216         unsigned long watermark;
3217         struct zone *zone;
3218         int mt;
3219
3220         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3221
3222         zone = page_zone(page);
3223         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3224
3225         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3226                 /*
3227                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3228                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3229                  * watermark, because we already know our high-order page
3230                  * exists.
3231                  */
3232                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3233                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3234                         return 0;
3235
3236                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3237         }
3238
3239         /* Remove page from free list */
3240
3241         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3242
3243         /*
3244          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3245          * pageblock
3246          */
3247         if (order >= pageblock_order - 1) {
3248                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3249                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3250                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3251                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3252                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3253                                 set_pageblock_migratetype(page,
3254                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3255                 }
3256         }
3257
3258
3259         return 1UL << order;
3260 }
3261
3262 /**
3263  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3264  * @page: Page that was isolated
3265  * @order: Order of the isolated page
3266  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3267  *
3268  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3269  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3270  */
3271 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3272 {
3273         struct zone *zone = page_zone(page);
3274
3275         /* zone lock should be held when this function is called */
3276         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3277
3278         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3279         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, false);
3280 }
3281
3282 /*
3283  * Update NUMA hit/miss statistics
3284  *
3285  * Must be called with interrupts disabled.
3286  */
3287 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3288 {
3289 #ifdef CONFIG_NUMA
3290         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3291
3292         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3293         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3294                 return;
3295
3296         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3297                 local_stat = NUMA_OTHER;
3298
3299         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3300                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3301         else {
3302                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3303                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3304         }
3305         __inc_numa_state(z, local_stat);
3306 #endif
3307 }
3308
3309 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3310 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3311                         unsigned int alloc_flags,
3312                         struct per_cpu_pages *pcp,
3313                         struct list_head *list)
3314 {
3315         struct page *page;
3316
3317         do {
3318                 if (list_empty(list)) {
3319                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3320                                         pcp->batch, list,
3321                                         migratetype, alloc_flags);
3322                         if (unlikely(list_empty(list)))
3323                                 return NULL;
3324                 }
3325
3326                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3327                 list_del(&page->lru);
3328                 pcp->count--;
3329         } while (check_new_pcp(page));
3330
3331         return page;
3332 }
3333
3334 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3335 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3336                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3337                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3338 {
3339         struct per_cpu_pages *pcp;
3340         struct list_head *list;
3341         struct page *page;
3342         unsigned long flags;
3343
3344         local_irq_save(flags);
3345         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3346         list = &pcp->lists[migratetype];
3347         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3348         if (page) {
3349                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3350                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3351         }
3352         local_irq_restore(flags);
3353         return page;
3354 }
3355
3356 /*
3357  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3358  */
3359 static inline
3360 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3361                         struct zone *zone, unsigned int order,
3362                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3363                         int migratetype)
3364 {
3365         unsigned long flags;
3366         struct page *page;
3367
3368         if (likely(order == 0)) {
3369                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3370                                         migratetype, alloc_flags);
3371                 goto out;
3372         }
3373
3374         /*
3375          * We most definitely don't want callers attempting to
3376          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3377          */
3378         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3379         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3380
3381         do {
3382                 page = NULL;
3383                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3384                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3385                         if (page)
3386                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3387                 }
3388                 if (!page)
3389                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3390         } while (page && check_new_pages(page, order));
3391         spin_unlock(&zone->lock);
3392         if (!page)
3393                 goto failed;
3394         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3395                                   get_pcppage_migratetype(page));
3396
3397         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3398         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3399         local_irq_restore(flags);
3400
3401 out:
3402         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3403         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3404                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3405                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3406         }
3407
3408         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3409         return page;
3410
3411 failed:
3412         local_irq_restore(flags);
3413         return NULL;
3414 }
3415
3416 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3417
3418 static struct {
3419         struct fault_attr attr;
3420
3421         bool ignore_gfp_highmem;
3422         bool ignore_gfp_reclaim;
3423         u32 min_order;
3424 } fail_page_alloc = {
3425         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3426         .ignore_gfp_reclaim = true,
3427         .ignore_gfp_highmem = true,
3428         .min_order = 1,
3429 };
3430
3431 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3432 {
3433         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3434 }
3435 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3436
3437 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3438 {
3439         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3440                 return false;
3441         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3442                 return false;
3443         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3444                 return false;
3445         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3446                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3447                 return false;
3448
3449         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3450 }
3451
3452 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3453
3454 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3455 {
3456         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3457         struct dentry *dir;
3458
3459         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3460                                         &fail_page_alloc.attr);
3461
3462         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3463                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3464         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3465                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3466         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3467
3468         return 0;
3469 }
3470
3471 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3472
3473 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3474
3475 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3476
3477 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3478 {
3479         return false;
3480 }
3481
3482 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3483
3484 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3485 {
3486         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3487 }
3488 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3489
3490 /*
3491  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3492  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3493  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3494  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3495  */
3496 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3497                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3498                          long free_pages)
3499 {
3500         long min = mark;
3501         int o;
3502         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3503
3504         /* free_pages may go negative - that's OK */
3505         free_pages -= (1 << order) - 1;
3506
3507         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3508                 min -= min / 2;
3509
3510         /*
3511          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3512          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3513          * atomic reserve but it avoids a search.
3514          */
3515         if (likely(!alloc_harder)) {
3516                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3517         } else {
3518                 /*
3519                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3520                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3521                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3522                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3523                  */
3524                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3525                         min -= min / 2;
3526                 else
3527                         min -= min / 4;
3528         }
3529
3530
3531 #ifdef CONFIG_CMA
3532         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3533         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3534                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3535 #endif
3536
3537         /*
3538          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3539          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3540          * even if a suitable page happened to be free.
3541          */
3542         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3543                 return false;
3544
3545         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3546         if (!order)
3547                 return true;
3548
3549         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3550         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3551                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3552                 int mt;
3553
3554                 if (!area->nr_free)
3555                         continue;
3556
3557                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3558                         if (!free_area_empty(area, mt))
3559                                 return true;
3560                 }
3561
3562 #ifdef CONFIG_CMA
3563                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3564                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3565                         return true;
3566                 }
3567 #endif
3568                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3569                         return true;
3570         }
3571         return false;
3572 }
3573
3574 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3575                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3576 {
3577         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3578                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3579 }
3580
3581 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3582                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3583                                 unsigned int alloc_flags)
3584 {
3585         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3586         long cma_pages = 0;
3587
3588 #ifdef CONFIG_CMA
3589         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3590         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3591                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3592 #endif
3593
3594         /*
3595          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3596          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3597          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3598          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3599          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3600          */
3601         if (!order && (free_pages - cma_pages) >
3602                                 mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3603                 return true;
3604
3605         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3606                                         free_pages);
3607 }
3608
3609 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3610                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3611 {
3612         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3613
3614         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3615                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3616
3617         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3618                                                                 free_pages);
3619 }
3620
3621 #ifdef CONFIG_NUMA
3622 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3623 {
3624         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3625                                 node_reclaim_distance;
3626 }
3627 #else   /* CONFIG_NUMA */
3628 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3629 {
3630         return true;
3631 }
3632 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3633
3634 /*
3635  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3636  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3637  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3638  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3639  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3640  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3641  */
3642 static inline unsigned int
3643 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3644 {
3645         unsigned int alloc_flags;
3646
3647         /*
3648          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3649          * to save a branch.
3650          */
3651         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3652
3653 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3654         if (!zone)
3655                 return alloc_flags;
3656
3657         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3658                 return alloc_flags;
3659
3660         /*
3661          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3662          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3663          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3664          */
3665         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3666         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3667                 return alloc_flags;
3668
3669         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3670 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3671         return alloc_flags;
3672 }
3673
3674 /*
3675  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3676  * a page.
3677  */
3678 static struct page *
3679 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3680                                                 const struct alloc_context *ac)
3681 {
3682         struct zoneref *z;
3683         struct zone *zone;
3684         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3685         bool no_fallback;
3686
3687 retry:
3688         /*
3689          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3690          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3691          */
3692         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3693         z = ac->preferred_zoneref;
3694         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3695                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3696                 struct page *page;
3697                 unsigned long mark;
3698
3699                 if (cpusets_enabled() &&
3700                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3701                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3702                                 continue;
3703                 /*
3704                  * When allocating a page cache page for writing, we
3705                  * want to get it from a node that is within its dirty
3706                  * limit, such that no single node holds more than its
3707                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3708                  * The dirty limits take into account the node's
3709                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3710                  * should be able to balance it without having to
3711                  * write pages from its LRU list.
3712                  *
3713                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3714                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3715                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3716                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3717                  * nodes are together not big enough to reach the
3718                  * global limit.  The proper fix for these situations
3719                  * will require awareness of nodes in the
3720                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3721                  */
3722                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3723                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3724                                 continue;
3725
3726                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3727                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3728                                 continue;
3729                         }
3730                 }
3731
3732                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3733                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3734                         int local_nid;
3735
3736                         /*
3737                          * If moving to a remote node, retry but allow
3738                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3739                          * than fragmentation avoidance.
3740                          */
3741                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3742                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3743                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3744                                 goto retry;
3745                         }
3746                 }
3747
3748                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3749                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3750                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags)) {
3751                         int ret;
3752
3753 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3754                         /*
3755                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3756                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3757                          */
3758                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3759                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3760                                         goto try_this_zone;
3761                         }
3762 #endif
3763                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3764                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3765                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3766                                 goto try_this_zone;
3767
3768                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3769                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3770                                 continue;
3771
3772                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3773                         switch (ret) {
3774                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3775                                 /* did not scan */
3776                                 continue;
3777                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3778                                 /* scanned but unreclaimable */
3779                                 continue;
3780                         default:
3781                                 /* did we reclaim enough */
3782                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3783                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3784                                         goto try_this_zone;
3785
3786                                 continue;
3787                         }
3788                 }
3789
3790 try_this_zone:
3791                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3792                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3793                 if (page) {
3794                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3795
3796                         /*
3797                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3798                          * if the pageblock should be reserved for the future
3799                          */
3800                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3801                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3802
3803                         return page;
3804                 } else {
3805 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3806                         /* Try again if zone has deferred pages */
3807                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3808                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3809                                         goto try_this_zone;
3810                         }
3811 #endif
3812                 }
3813         }
3814
3815         /*
3816          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3817          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3818          */
3819         if (no_fallback) {
3820                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3821                 goto retry;
3822         }
3823
3824         return NULL;
3825 }
3826
3827 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3828 {
3829         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3830
3831         /*
3832          * This documents exceptions given to allocations in certain
3833          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3834          * of allowed nodes.
3835          */
3836         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3837                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3838                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3839                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3840         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3841                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3842
3843         show_mem(filter, nodemask);
3844 }
3845
3846 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3847 {
3848         struct va_format vaf;
3849         va_list args;
3850         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3851
3852         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3853                 return;
3854
3855         va_start(args, fmt);
3856         vaf.fmt = fmt;
3857         vaf.va = &args;
3858         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3859                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3860                         nodemask_pr_args(nodemask));
3861         va_end(args);
3862
3863         cpuset_print_current_mems_allowed();
3864         pr_cont("\n");
3865         dump_stack();
3866         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3867 }
3868
3869 static inline struct page *
3870 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3871                               unsigned int alloc_flags,
3872                               const struct alloc_context *ac)
3873 {
3874         struct page *page;
3875
3876         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3877                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3878         /*
3879          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3880          * are depleted
3881          */
3882         if (!page)
3883                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3884                                 alloc_flags, ac);
3885
3886         return page;
3887 }
3888
3889 static inline struct page *
3890 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3891         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3892 {
3893         struct oom_control oc = {
3894                 .zonelist = ac->zonelist,
3895                 .nodemask = ac->nodemask,
3896                 .memcg = NULL,
3897                 .gfp_mask = gfp_mask,
3898                 .order = order,
3899         };
3900         struct page *page;
3901
3902         *did_some_progress = 0;
3903
3904         /*
3905          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3906          * making progress for us.
3907          */
3908         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3909                 *did_some_progress = 1;
3910                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3911                 return NULL;
3912         }
3913
3914         /*
3915          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3916          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3917          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3918          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3919          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3920          */
3921         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3922                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3923                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3924         if (page)
3925                 goto out;
3926
3927         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3928         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3929                 goto out;
3930         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3931         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3932                 goto out;
3933         /*
3934          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3935          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3936          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3937          * fallback than shooting a random task.
3938          */
3939         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3940                 goto out;
3941         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3942         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3943                 goto out;
3944         if (pm_suspended_storage())
3945                 goto out;
3946         /*
3947          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3948          * other request to make a forward progress.
3949          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3950          * do much for this context but let's try it to at least get
3951          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3952          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3953          * failures more gracefully we should just bail out here.
3954          */
3955
3956         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3957         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3958                 goto out;
3959
3960         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3961         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3962                 *did_some_progress = 1;
3963
3964                 /*
3965                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3966                  * reserves
3967                  */
3968                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3969                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3970                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3971         }
3972 out:
3973         mutex_unlock(&oom_lock);
3974         return page;
3975 }
3976
3977 /*
3978  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3979  * killer is consider as the only way to move forward.
3980  */
3981 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3982
3983 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3984 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3985 static struct page *
3986 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3987                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3988                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3989 {
3990         struct page *page = NULL;
3991         unsigned long pflags;
3992         unsigned int noreclaim_flag;
3993
3994         if (!order)
3995                 return NULL;
3996
3997         psi_memstall_enter(&pflags);
3998         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3999
4000         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4001                                                                 prio, &page);
4002
4003         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4004         psi_memstall_leave(&pflags);
4005
4006         /*
4007          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4008          * count a compaction stall
4009          */
4010         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4011
4012         /* Prep a captured page if available */
4013         if (page)
4014                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4015
4016         /* Try get a page from the freelist if available */
4017         if (!page)
4018                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4019
4020         if (page) {
4021                 struct zone *zone = page_zone(page);
4022
4023                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4024                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4025                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4026                 return page;
4027         }
4028
4029         /*
4030          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4031          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4032          */
4033         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4034
4035         cond_resched();
4036
4037         return NULL;
4038 }
4039
4040 static inline bool
4041 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4042                      enum compact_result compact_result,
4043                      enum compact_priority *compact_priority,
4044                      int *compaction_retries)
4045 {
4046         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4047         int min_priority;
4048         bool ret = false;
4049         int retries = *compaction_retries;
4050         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4051
4052         if (!order)
4053                 return false;
4054
4055         if (compaction_made_progress(compact_result))
4056                 (*compaction_retries)++;
4057
4058         /*
4059          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4060          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4061          * failure could be caused by insufficient priority
4062          */
4063         if (compaction_failed(compact_result))
4064                 goto check_priority;
4065
4066         /*
4067          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4068          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4069          */
4070         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4071                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4072                 goto out;
4073         }
4074
4075         /*
4076          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4077          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4078          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4079          * we don't just keep bailing out endlessly.
4080          */
4081         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4082                 goto check_priority;
4083         }
4084
4085         /*
4086          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4087          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4088          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4089          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4090          * would need much more detailed feedback from compaction to
4091          * make a better decision.
4092          */
4093         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4094                 max_retries /= 4;
4095         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4096                 ret = true;
4097                 goto out;
4098         }
4099
4100         /*
4101          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4102          * all retries or failed at the lower priorities.
4103          */
4104 check_priority:
4105         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4106                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4107
4108         if (*compact_priority > min_priority) {
4109                 (*compact_priority)--;
4110                 *compaction_retries = 0;
4111                 ret = true;
4112         }
4113 out:
4114         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4115         return ret;
4116 }
4117 #else
4118 static inline struct page *
4119 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4120                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4121                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4122 {
4123         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4124         return NULL;
4125 }
4126
4127 static inline bool
4128 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4129                      enum compact_result compact_result,
4130                      enum compact_priority *compact_priority,
4131                      int *compaction_retries)
4132 {
4133         struct zone *zone;
4134         struct zoneref *z;
4135
4136         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4137                 return false;
4138
4139         /*
4140          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4141          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4142          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4143          * watermarks are OK.
4144          */
4145         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4146                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4147                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4148                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4149                         return true;
4150         }
4151         return false;
4152 }
4153 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4154
4155 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4156 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4157         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4158
4159 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4160 {
4161         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4162
4163         /* no reclaim without waiting on it */
4164         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4165                 return false;
4166
4167         /* this guy won't enter reclaim */
4168         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4169                 return false;
4170
4171         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4172         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4173                 return false;
4174
4175         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4176                 return false;
4177
4178         return true;
4179 }
4180
4181 void __fs_reclaim_acquire(void)
4182 {
4183         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4184 }
4185
4186 void __fs_reclaim_release(void)
4187 {
4188         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4189 }
4190
4191 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4192 {
4193         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4194                 __fs_reclaim_acquire();
4195 }
4196 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4197
4198 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4199 {
4200         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4201                 __fs_reclaim_release();
4202 }
4203 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4204 #endif
4205
4206 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4207 static int
4208 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4209                                         const struct alloc_context *ac)
4210 {
4211         int progress;
4212         unsigned int noreclaim_flag;
4213         unsigned long pflags;
4214
4215         cond_resched();
4216
4217         /* We now go into synchronous reclaim */
4218         cpuset_memory_pressure_bump();
4219         psi_memstall_enter(&pflags);
4220         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4221         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4222
4223         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4224                                                                 ac->nodemask);
4225
4226         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4227         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4228         psi_memstall_leave(&pflags);
4229
4230         cond_resched();
4231
4232         return progress;
4233 }
4234
4235 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4236 static inline struct page *
4237 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4238                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4239                 unsigned long *did_some_progress)
4240 {
4241         struct page *page = NULL;
4242         bool drained = false;
4243
4244         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4245         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4246                 return NULL;
4247
4248 retry:
4249         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4250
4251         /*
4252          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4253          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4254          * Shrink them them and try again
4255          */
4256         if (!page && !drained) {
4257                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4258                 drain_all_pages(NULL);
4259                 drained = true;
4260                 goto retry;
4261         }
4262
4263         return page;
4264 }
4265
4266 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4267                              const struct alloc_context *ac)
4268 {
4269         struct zoneref *z;
4270         struct zone *zone;
4271         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4272         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4273
4274         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4275                                         ac->nodemask) {
4276                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4277                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4278                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4279         }
4280 }
4281
4282 static inline unsigned int
4283 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4284 {
4285         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4286
4287         /*
4288          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4289          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4290          * to save two branches.
4291          */
4292         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4293         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4294
4295         /*
4296          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4297          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4298          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4299          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4300          */
4301         alloc_flags |= (__force int)
4302                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4303
4304         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4305                 /*
4306                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4307                  * if it can't schedule.
4308                  */
4309                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4310                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4311                 /*
4312                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4313                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4314                  */
4315                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4316         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4317                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4318
4319 #ifdef CONFIG_CMA
4320         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4321                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4322 #endif
4323         return alloc_flags;
4324 }
4325
4326 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4327 {
4328         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4329                 return false;
4330
4331         /*
4332          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4333          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4334          */
4335         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4336                 return false;
4337
4338         return true;
4339 }
4340
4341 /*
4342  * Distinguish requests which really need access to full memory
4343  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4344  */
4345 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4346 {
4347         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4348                 return 0;
4349         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4350                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4351         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4352                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4353         if (!in_interrupt()) {
4354                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4355                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4356                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4357                         return ALLOC_OOM;
4358         }
4359
4360         return 0;
4361 }
4362
4363 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4364 {
4365         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4366 }
4367
4368 /*
4369  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4370  * for the given allocation request.
4371  *
4372  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4373  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4374  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4375  *
4376  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4377  */
4378 static inline bool
4379 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4380                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4381                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4382 {
4383         struct zone *zone;
4384         struct zoneref *z;
4385         bool ret = false;
4386
4387         /*
4388          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4389          * their order will become available due to high fragmentation so
4390          * always increment the no progress counter for them
4391          */
4392         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4393                 *no_progress_loops = 0;
4394         else
4395                 (*no_progress_loops)++;
4396
4397         /*
4398          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4399          * several times in the row.
4400          */
4401         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4402                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4403                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4404         }
4405
4406         /*
4407          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4408          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4409          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4410          * screwed and have to go OOM.
4411          */
4412         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4413                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4414                 unsigned long available;
4415                 unsigned long reclaimable;
4416                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4417                 bool wmark;
4418
4419                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4420                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4421
4422                 /*
4423                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4424                  * reclaimable pages?
4425                  */
4426                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4427                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4428                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4429                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4430                 if (wmark) {
4431                         /*
4432                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4433                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4434                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4435                          * prevent from pre mature OOM
4436                          */
4437                         if (!did_some_progress) {
4438                                 unsigned long write_pending;
4439
4440                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4441                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4442
4443                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4444                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4445                                         return true;
4446                                 }
4447                         }
4448
4449                         ret = true;
4450                         goto out;
4451                 }
4452         }
4453
4454 out:
4455         /*
4456          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4457          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4458          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4459          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4460          * here rather than calling cond_resched().
4461          */
4462         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4463                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4464         else
4465                 cond_resched();
4466         return ret;
4467 }
4468
4469 static inline bool
4470 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4471 {
4472         /*
4473          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4474          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4475          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4476          * such a way the check therein was true, and then it became false
4477          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4478          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4479          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4480          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4481          * caller can deal with a violated nodemask.
4482          */
4483         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4484                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4485                 ac->nodemask = NULL;
4486                 return true;
4487         }
4488
4489         /*
4490          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4491          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4492          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4493          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4494          * retry.
4495          */
4496         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4497                 return true;
4498
4499         return false;
4500 }
4501
4502 static inline struct page *
4503 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4504                                                 struct alloc_context *ac)
4505 {
4506         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4507         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4508         struct page *page = NULL;
4509         unsigned int alloc_flags;
4510         unsigned long did_some_progress;
4511         enum compact_priority compact_priority;
4512         enum compact_result compact_result;
4513         int compaction_retries;
4514         int no_progress_loops;
4515         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4516         int reserve_flags;
4517
4518         /*
4519          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4520          * callers that are not in atomic context.
4521          */
4522         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4523                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4524                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4525
4526 retry_cpuset:
4527         compaction_retries = 0;
4528         no_progress_loops = 0;
4529         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4530         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4531
4532         /*
4533          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4534          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4535          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4536          */
4537         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4538
4539         /*
4540          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4541          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4542          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4543          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4544          */
4545         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4546                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4547         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4548                 goto nopage;
4549
4550         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4551                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4552
4553         /*
4554          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4555          * that first
4556          */
4557         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4558         if (page)
4559                 goto got_pg;
4560
4561         /*
4562          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4563          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4564          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4565          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4566          * same migratetype.
4567          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4568          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4569          */
4570         if (can_direct_reclaim &&
4571                         (costly_order ||
4572                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4573                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4574                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4575                                                 alloc_flags, ac,
4576                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4577                                                 &compact_result);
4578                 if (page)
4579                         goto got_pg;
4580
4581                 /*
4582                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4583                  * includes some THP page fault allocations
4584                  */
4585                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4586                         /*
4587                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4588                          * failed because all zones are below low watermarks
4589                          * or is prohibited because it recently failed at this
4590                          * order, fail immediately unless the allocator has
4591                          * requested compaction and reclaim retry.
4592                          *
4593                          * Reclaim is
4594                          *  - potentially very expensive because zones are far
4595                          *    below their low watermarks or this is part of very
4596                          *    bursty high order allocations,
4597                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4598                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4599                          *    linear scan, and
4600                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4601                          *    own.
4602                          */
4603                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4604                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4605                                 goto nopage;
4606
4607                         /*
4608                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4609                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4610                          * using async compaction.
4611                          */
4612                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4613                 }
4614         }
4615
4616 retry:
4617         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4618         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4619                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4620
4621         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4622         if (reserve_flags)
4623                 alloc_flags = reserve_flags;
4624
4625         /*
4626          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4627          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4628          * user oriented.
4629          */
4630         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4631                 ac->nodemask = NULL;
4632                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4633                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4634         }
4635
4636         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4637         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4638         if (page)
4639                 goto got_pg;
4640
4641         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4642         if (!can_direct_reclaim)
4643                 goto nopage;
4644
4645         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4646         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4647                 goto nopage;
4648
4649         /* Try direct reclaim and then allocating */
4650         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4651                                                         &did_some_progress);
4652         if (page)
4653                 goto got_pg;
4654
4655         /* Try direct compaction and then allocating */
4656         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4657                                         compact_priority, &compact_result);
4658         if (page)
4659                 goto got_pg;
4660
4661         /* Do not loop if specifically requested */
4662         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4663                 goto nopage;
4664
4665         /*
4666          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4667          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4668          */
4669         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4670                 goto nopage;
4671
4672         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4673                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4674                 goto retry;
4675
4676         /*
4677          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4678          * reclaim is not able to make any progress because the current
4679          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4680          * of free memory (see __compaction_suitable)
4681          */
4682         if (did_some_progress > 0 &&
4683                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4684                                 compact_result, &compact_priority,
4685                                 &compaction_retries))
4686                 goto retry;
4687
4688
4689         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4690         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4691                 goto retry_cpuset;
4692
4693         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4694         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4695         if (page)
4696                 goto got_pg;
4697
4698         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4699         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4700             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4701              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4702                 goto nopage;
4703
4704         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4705         if (did_some_progress) {
4706                 no_progress_loops = 0;
4707                 goto retry;
4708         }
4709
4710 nopage:
4711         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4712         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4713                 goto retry_cpuset;
4714
4715         /*
4716          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4717          * we always retry
4718          */
4719         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4720                 /*
4721                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4722                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4723                  */
4724                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4725                         goto fail;
4726
4727                 /*
4728                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4729                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4730                  * for somebody to do a work for us
4731                  */
4732                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4733
4734                 /*
4735                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4736                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4737                  * so that we can identify them and convert them to something
4738                  * else.
4739                  */
4740                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4741
4742                 /*
4743                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4744                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4745                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4746                  * the situation worse
4747                  */
4748                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4749                 if (page)
4750                         goto got_pg;
4751
4752                 cond_resched();
4753                 goto retry;
4754         }
4755 fail:
4756         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4757                         "page allocation failure: order:%u", order);
4758 got_pg:
4759         return page;
4760 }
4761
4762 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4763                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4764                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4765                 unsigned int *alloc_flags)
4766 {
4767         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4768         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4769         ac->nodemask = nodemask;
4770         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4771
4772         if (cpusets_enabled()) {
4773                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4774                 if (!ac->nodemask)
4775                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4776                 else
4777                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4778         }
4779
4780         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4781         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4782
4783         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4784
4785         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4786                 return false;
4787
4788         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4789                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4790
4791         return true;
4792 }
4793
4794 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4795 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4796 {
4797         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4798         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4799
4800         /*
4801          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4802          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4803          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4804          */
4805         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4806                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4807 }
4808
4809 /*
4810  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4811  */
4812 struct page *
4813 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4814                                                         nodemask_t *nodemask)
4815 {
4816         struct page *page;
4817         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4818         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4819         struct alloc_context ac = { };
4820
4821         /*
4822          * There are several places where we assume that the order value is sane
4823          * so bail out early if the request is out of bound.
4824          */
4825         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4826                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4827                 return NULL;
4828         }
4829
4830         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4831         alloc_mask = gfp_mask;
4832         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4833                 return NULL;
4834
4835         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4836
4837         /*
4838          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4839          * memory until all local zones are considered.
4840          */
4841         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4842
4843         /* First allocation attempt */
4844         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4845         if (likely(page))
4846                 goto out;
4847
4848         /*
4849          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4850          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4851          * from a particular context which has been marked by
4852          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4853          */
4854         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4855         ac.spread_dirty_pages = false;
4856
4857         /*
4858          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4859          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4860          */
4861         ac.nodemask = nodemask;
4862
4863         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4864
4865 out:
4866         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4867             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4868                 __free_pages(page, order);
4869                 page = NULL;
4870         }
4871
4872         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4873
4874         return page;
4875 }
4876 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4877
4878 /*
4879  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4880  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4881  * you need to access high mem.
4882  */
4883 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4884 {
4885         struct page *page;
4886
4887         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4888         if (!page)
4889                 return 0;
4890         return (unsigned long) page_address(page);
4891 }
4892 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4893
4894 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4895 {
4896         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4897 }
4898 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4899
4900 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4901 {
4902         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4903                 free_unref_page(page);
4904         else
4905                 __free_pages_ok(page, order);
4906 }
4907
4908 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4909 {
4910         if (put_page_testzero(page))
4911                 free_the_page(page, order);
4912 }
4913 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4914
4915 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4916 {
4917         if (addr != 0) {
4918                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4919                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4920         }
4921 }
4922
4923 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4924
4925 /*
4926  * Page Fragment:
4927  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4928  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4929  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4930  *
4931  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4932  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4933  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4934  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4935  */
4936 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4937                                              gfp_t gfp_mask)
4938 {
4939         struct page *page = NULL;
4940         gfp_t gfp = gfp_mask;
4941
4942 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4943         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4944                     __GFP_NOMEMALLOC;
4945         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4946                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4947         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4948 #endif
4949         if (unlikely(!page))
4950                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4951
4952         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4953
4954         return page;
4955 }
4956
4957 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4958 {
4959         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4960
4961         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4962                 free_the_page(page, compound_order(page));
4963 }
4964 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4965
4966 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4967                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4968 {
4969         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4970         struct page *page;
4971         int offset;
4972
4973         if (unlikely(!nc->va)) {
4974 refill:
4975                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4976                 if (!page)
4977                         return NULL;
4978
4979 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4980                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4981                 size = nc->size;
4982 #endif
4983                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4984                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4985                  */
4986                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4987
4988                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4989                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4990                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4991                 nc->offset = size;
4992         }
4993
4994         offset = nc->offset - fragsz;
4995         if (unlikely(offset < 0)) {
4996                 page = virt_to_page(nc->va);
4997
4998                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4999                         goto refill;
5000
5001 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5002                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5003                 size = nc->size;
5004 #endif
5005                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5006                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5007
5008                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5009                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5010                 offset = size - fragsz;
5011         }
5012
5013         nc->pagecnt_bias--;
5014         nc->offset = offset;
5015
5016         return nc->va + offset;
5017 }
5018 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
5019
5020 /*
5021  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5022  */
5023 void page_frag_free(void *addr)
5024 {
5025         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5026
5027         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5028                 free_the_page(page, compound_order(page));
5029 }
5030 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5031
5032 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5033                 size_t size)
5034 {
5035         if (addr) {
5036                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5037                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5038
5039                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5040                 while (used < alloc_end) {
5041                         free_page(used);
5042                         used += PAGE_SIZE;
5043                 }
5044         }
5045         return (void *)addr;
5046 }
5047
5048 /**
5049  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5050  * @size: the number of bytes to allocate
5051  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5052  *
5053  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5054  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5055  * allocate memory in power-of-two pages.
5056  *
5057  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5058  *
5059  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5060  *
5061  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5062  */
5063 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5064 {
5065         unsigned int order = get_order(size);
5066         unsigned long addr;
5067
5068         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5069                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5070
5071         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5072         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5073 }
5074 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5075
5076 /**
5077  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5078  *                         pages on a node.
5079  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5080  * @size: the number of bytes to allocate
5081  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5082  *
5083  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5084  * back.
5085  *
5086  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5087  */
5088 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5089 {
5090         unsigned int order = get_order(size);
5091         struct page *p;
5092
5093         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5094                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5095
5096         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5097         if (!p)
5098                 return NULL;
5099         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5100 }
5101
5102 /**
5103  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5104  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5105  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5106  *
5107  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5108  */
5109 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5110 {
5111         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5112         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5113
5114         while (addr < end) {
5115                 free_page(addr);
5116                 addr += PAGE_SIZE;
5117         }
5118 }
5119 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5120
5121 /**
5122  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5123  * @offset: The zone index of the highest zone
5124  *
5125  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5126  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5127  * zone, the number of pages is calculated as:
5128  *
5129  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5130  *
5131  * Return: number of pages beyond high watermark.
5132  */
5133 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5134 {
5135         struct zoneref *z;
5136         struct zone *zone;
5137
5138         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5139         unsigned long sum = 0;
5140
5141         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5142
5143         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5144                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5145                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5146                 if (size > high)
5147                         sum += size - high;
5148         }
5149
5150         return sum;
5151 }
5152
5153 /**
5154  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5155  *
5156  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5157  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5158  *
5159  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5160  * ZONE_NORMAL.
5161  */
5162 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5163 {
5164         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5165 }
5166 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5167
5168 /**
5169  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
5170  *
5171  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
5172  * high watermark within all zones.
5173  *
5174  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
5175  */
5176 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
5177 {
5178         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5179 }
5180
5181 static inline void show_node(struct zone *zone)
5182 {
5183         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5184                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5185 }
5186
5187 long si_mem_available(void)
5188 {
5189         long available;
5190         unsigned long pagecache;
5191         unsigned long wmark_low = 0;
5192         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5193         unsigned long reclaimable;
5194         struct zone *zone;
5195         int lru;
5196
5197         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5198                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5199
5200         for_each_zone(zone)
5201                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5202
5203         /*
5204          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5205          * without causing swapping.
5206          */
5207         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5208
5209         /*
5210          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5211          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5212          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5213          */
5214         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5215         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5216         available += pagecache;
5217
5218         /*
5219          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5220          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5221          * low watermark.
5222          */
5223         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5224                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5225         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5226
5227         if (available < 0)
5228                 available = 0;
5229         return available;
5230 }
5231 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5232
5233 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5234 {
5235         val->totalram = totalram_pages();
5236         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5237         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5238         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5239         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5240         val->freehigh = nr_free_highpages();
5241         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5242 }
5243
5244 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5245
5246 #ifdef CONFIG_NUMA
5247 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5248 {
5249         int zone_type;          /* needs to be signed */
5250         unsigned long managed_pages = 0;
5251         unsigned long managed_highpages = 0;
5252         unsigned long free_highpages = 0;
5253         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5254
5255         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5256                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5257         val->totalram = managed_pages;
5258         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5259         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5260 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5261         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5262                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5263
5264                 if (is_highmem(zone)) {
5265                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5266                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5267                 }
5268         }
5269         val->totalhigh = managed_highpages;
5270         val->freehigh = free_highpages;
5271 #else
5272         val->totalhigh = managed_highpages;
5273         val->freehigh = free_highpages;
5274 #endif
5275         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5276 }
5277 #endif
5278
5279 /*
5280  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5281  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5282  */
5283 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5284 {
5285         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5286                 return false;
5287
5288         /*
5289          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5290          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5291          * have to be precise here.
5292          */
5293         if (!nodemask)
5294                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5295
5296         return !node_isset(nid, *nodemask);
5297 }
5298
5299 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5300
5301 static void show_migration_types(unsigned char type)
5302 {
5303         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5304                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5305                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5306                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5307                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5308 #ifdef CONFIG_CMA
5309                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5310 #endif
5311 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5312                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5313 #endif
5314         };
5315         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5316         char *p = tmp;
5317         int i;
5318
5319         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5320                 if (type & (1 << i))
5321                         *p++ = types[i];
5322         }
5323
5324         *p = '\0';
5325         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5326 }
5327
5328 /*
5329  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5330  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5331  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5332  *
5333  * Bits in @filter:
5334  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5335  *   cpuset.
5336  */
5337 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5338 {
5339         unsigned long free_pcp = 0;
5340         int cpu;
5341         struct zone *zone;
5342         pg_data_t *pgdat;
5343
5344         for_each_populated_zone(zone) {
5345                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5346                         continue;
5347
5348                 for_each_online_cpu(cpu)
5349                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5350         }
5351
5352         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5353                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5354                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5355                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5356                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5357                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5358                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5359                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5360                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5361                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5362                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5363                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5364                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5365                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5366                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5367                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5368                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5369                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5370                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5371                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5372                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5373                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5374                 free_pcp,
5375                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5376
5377         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5378                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5379                         continue;
5380
5381                 printk("Node %d"
5382                         " active_anon:%lukB"
5383                         " inactive_anon:%lukB"
5384                         " active_file:%lukB"
5385                         " inactive_file:%lukB"
5386                         " unevictable:%lukB"
5387                         " isolated(anon):%lukB"
5388                         " isolated(file):%lukB"
5389                         " mapped:%lukB"
5390                         " dirty:%lukB"
5391                         " writeback:%lukB"
5392                         " shmem:%lukB"
5393 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5394                         " shmem_thp: %lukB"
5395                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5396                         " anon_thp: %lukB"
5397 #endif
5398                         " writeback_tmp:%lukB"
5399                         " kernel_stack:%lukB"
5400 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5401                         " shadow_call_stack:%lukB"
5402 #endif
5403                         " all_unreclaimable? %s"
5404                         "\n",
5405                         pgdat->node_id,
5406                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5407                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5408                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5409                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5410                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5411                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5412                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5413                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5414                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5415                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5416                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5417 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5418                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5419                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5420                                         * HPAGE_PMD_NR),
5421                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5422 #endif
5423                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5424                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5425 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5426                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5427 #endif
5428                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5429                                 "yes" : "no");
5430         }
5431
5432         for_each_populated_zone(zone) {
5433                 int i;
5434
5435                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5436                         continue;
5437
5438                 free_pcp = 0;
5439                 for_each_online_cpu(cpu)
5440                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5441
5442                 show_node(zone);
5443                 printk(KERN_CONT
5444                         "%s"
5445                         " free:%lukB"
5446                         " min:%lukB"
5447                         " low:%lukB"
5448                         " high:%lukB"
5449                         " reserved_highatomic:%luKB"
5450                         " active_anon:%lukB"
5451                         " inactive_anon:%lukB"
5452                         " active_file:%lukB"
5453                         " inactive_file:%lukB"
5454                         " unevictable:%lukB"
5455                         " writepending:%lukB"
5456                         " present:%lukB"
5457                         " managed:%lukB"
5458                         " mlocked:%lukB"
5459                         " pagetables:%lukB"
5460                         " bounce:%lukB"
5461                         " free_pcp:%lukB"
5462                         " local_pcp:%ukB"
5463                         " free_cma:%lukB"
5464                         "\n",
5465                         zone->name,
5466                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5467                         K(min_wmark_pages(zone)),
5468                         K(low_wmark_pages(zone)),
5469                         K(high_wmark_pages(zone)),
5470                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5471                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5472                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5473                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5474                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5475                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5476                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5477                         K(zone->present_pages),
5478                         K(zone_managed_pages(zone)),
5479                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5480                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5481                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5482                         K(free_pcp),
5483                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5484                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5485                 printk("lowmem_reserve[]:");
5486                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5487                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5488                 printk(KERN_CONT "\n");
5489         }
5490
5491         for_each_populated_zone(zone) {
5492                 unsigned int order;
5493                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5494                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5495
5496                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5497                         continue;
5498                 show_node(zone);
5499                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5500
5501                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5502                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5503                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5504                         int type;
5505
5506                         nr[order] = area->nr_free;
5507                         total += nr[order] << order;
5508
5509                         types[order] = 0;
5510                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5511                                 if (!free_area_empty(area, type))
5512                                         types[order] |= 1 << type;
5513                         }
5514                 }
5515                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5516                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5517                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5518                                nr[order], K(1UL) << order);
5519                         if (nr[order])
5520                                 show_migration_types(types[order]);
5521                 }
5522                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5523         }
5524
5525         hugetlb_show_meminfo();
5526
5527         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5528
5529         show_swap_cache_info();
5530 }
5531
5532 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5533 {
5534         zoneref->zone = zone;
5535         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5536 }
5537
5538 /*
5539  * Builds allocation fallback zone lists.
5540  *
5541  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5542  */
5543 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5544 {
5545         struct zone *zone;
5546         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5547         int nr_zones = 0;
5548
5549         do {
5550                 zone_type--;
5551                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5552                 if (managed_zone(zone)) {
5553                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5554                         check_highest_zone(zone_type);
5555                 }
5556         } while (zone_type);
5557
5558         return nr_zones;
5559 }
5560
5561 #ifdef CONFIG_NUMA
5562
5563 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5564 {
5565         /*
5566          * We used to support different zonlists modes but they turned
5567          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5568          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5569          * not fail it silently
5570          */
5571         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5572                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5573                 return -EINVAL;
5574         }
5575         return 0;
5576 }
5577
5578 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5579
5580 /*
5581  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5582  */
5583 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5584                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5585 {
5586         if (write)
5587                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5588         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5589 }
5590
5591
5592 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5593 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5594
5595 /**
5596  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5597  * @node: node whose fallback list we're appending
5598  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5599  *
5600  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5601  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5602  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5603  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5604  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5605  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5606  * on them otherwise.
5607  *
5608  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5609  */
5610 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5611 {
5612         int n, val;
5613         int min_val = INT_MAX;
5614         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5615         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5616
5617         /* Use the local node if we haven't already */
5618         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5619                 node_set(node, *used_node_mask);
5620                 return node;
5621         }
5622
5623         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5624
5625                 /* Don't want a node to appear more than once */
5626                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5627                         continue;
5628
5629                 /* Use the distance array to find the distance */
5630                 val = node_distance(node, n);
5631
5632                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5633                 val += (n < node);
5634
5635                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5636                 tmp = cpumask_of_node(n);
5637                 if (!cpumask_empty(tmp))
5638                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5639
5640                 /* Slight preference for less loaded node */
5641                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5642                 val += node_load[n];
5643
5644                 if (val < min_val) {
5645                         min_val = val;
5646                         best_node = n;
5647                 }
5648         }
5649
5650         if (best_node >= 0)
5651                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5652
5653         return best_node;
5654 }
5655
5656
5657 /*
5658  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5659  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5660  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5661  */
5662 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5663                 unsigned nr_nodes)
5664 {
5665         struct zoneref *zonerefs;
5666         int i;
5667
5668         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5669
5670         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5671                 int nr_zones;
5672
5673                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5674
5675                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5676                 zonerefs += nr_zones;
5677         }
5678         zonerefs->zone = NULL;
5679         zonerefs->zone_idx = 0;
5680 }
5681
5682 /*
5683  * Build gfp_thisnode zonelists
5684  */
5685 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5686 {
5687         struct zoneref *zonerefs;
5688         int nr_zones;
5689
5690         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5691         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5692         zonerefs += nr_zones;
5693         zonerefs->zone = NULL;
5694         zonerefs->zone_idx = 0;
5695 }
5696
5697 /*
5698  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5699  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5700  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5701  * may still exist in local DMA zone.
5702  */
5703
5704 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5705 {
5706         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5707         int node, load, nr_nodes = 0;
5708         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5709         int local_node, prev_node;
5710
5711         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5712         local_node = pgdat->node_id;
5713         load = nr_online_nodes;
5714         prev_node = local_node;
5715
5716         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5717         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5718                 /*
5719                  * We don't want to pressure a particular node.
5720                  * So adding penalty to the first node in same
5721                  * distance group to make it round-robin.
5722                  */
5723                 if (node_distance(local_node, node) !=
5724                     node_distance(local_node, prev_node))
5725                         node_load[node] = load;
5726
5727                 node_order[nr_nodes++] = node;
5728                 prev_node = node;
5729                 load--;
5730         }
5731
5732         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5733         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5734 }
5735
5736 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5737 /*
5738  * Return node id of node used for "local" allocations.
5739  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5740  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5741  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5742  */
5743 int local_memory_node(int node)
5744 {
5745         struct zoneref *z;
5746
5747         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5748                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5749                                    NULL);
5750         return zone_to_nid(z->zone);
5751 }
5752 #endif
5753
5754 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5755 static void setup_min_slab_ratio(void);
5756 #else   /* CONFIG_NUMA */
5757
5758 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5759 {
5760         int node, local_node;
5761         struct zoneref *zonerefs;
5762         int nr_zones;
5763
5764         local_node = pgdat->node_id;
5765
5766         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5767         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5768         zonerefs += nr_zones;
5769
5770         /*
5771          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5772          * of all the other nodes.
5773          * We don't want to pressure a particular node, so when
5774          * building the zones for node N, we make sure that the
5775          * zones coming right after the local ones are those from
5776          * node N+1 (modulo N)
5777          */
5778         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5779                 if (!node_online(node))
5780                         continue;
5781                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5782                 zonerefs += nr_zones;
5783         }
5784         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5785                 if (!node_online(node))
5786                         continue;
5787                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5788                 zonerefs += nr_zones;
5789         }
5790
5791         zonerefs->zone = NULL;
5792         zonerefs->zone_idx = 0;
5793 }
5794
5795 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5796
5797 /*
5798  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5799  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5800  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5801  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5802  * with interrupts disabled.
5803  *
5804  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5805  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5806  * hotplugged processors.
5807  *
5808  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5809  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5810  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5811  */
5812 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5813 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5814 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5815
5816 static void __build_all_zonelists(void *data)
5817 {
5818         int nid;
5819         int __maybe_unused cpu;
5820         pg_data_t *self = data;
5821         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5822
5823         spin_lock(&lock);
5824
5825 #ifdef CONFIG_NUMA
5826         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5827 #endif
5828
5829         /*
5830          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5831          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5832          */
5833         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5834                 build_zonelists(self);
5835         } else {
5836                 for_each_online_node(nid) {
5837                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5838
5839                         build_zonelists(pgdat);
5840                 }
5841
5842 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5843                 /*
5844                  * We now know the "local memory node" for each node--
5845                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5846                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5847                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5848                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5849                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5850                  */
5851                 for_each_online_cpu(cpu)
5852                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5853 #endif
5854         }
5855
5856         spin_unlock(&lock);
5857 }
5858
5859 static noinline void __init
5860 build_all_zonelists_init(void)
5861 {
5862         int cpu;
5863
5864         __build_all_zonelists(NULL);
5865
5866         /*
5867          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5868          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5869          * each zone will be allocated later when the per cpu
5870          * allocator is available.
5871          *
5872          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5873          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5874          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5875          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5876          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5877          * (a chicken-egg dilemma).
5878          */
5879         for_each_possible_cpu(cpu)
5880                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5881
5882         mminit_verify_zonelist();
5883         cpuset_init_current_mems_allowed();
5884 }
5885
5886 /*
5887  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5888  *
5889  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5890  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5891  */
5892 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5893 {
5894         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5895                 build_all_zonelists_init();
5896         } else {
5897                 __build_all_zonelists(pgdat);
5898                 /* cpuset refresh routine should be here */
5899         }
5900         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5901         /*
5902          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5903          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5904          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5905          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5906          * disabled and enable it later
5907          */
5908         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5909                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5910         else
5911                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5912
5913         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5914                 nr_online_nodes,
5915                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5916                 vm_total_pages);
5917 #ifdef CONFIG_NUMA
5918         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5919 #endif
5920 }
5921
5922 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5923 static bool __meminit
5924 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5925 {
5926         static struct memblock_region *r;
5927
5928         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5929                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5930                         for_each_memblock(memory, r) {
5931                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5932                                         break;
5933                         }
5934                 }
5935                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5936                     memblock_is_mirror(r)) {
5937                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5938                         return true;
5939                 }
5940         }
5941         return false;
5942 }
5943
5944 /*
5945  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5946  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5947  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5948  */
5949 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5950                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5951                 struct vmem_altmap *altmap)
5952 {
5953         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5954         struct page *page;
5955
5956         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5957                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5958
5959 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5960         /*
5961          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5962          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5963          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5964          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5965          * the hotplug lock.
5966          */
5967         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5968                 if (!altmap)
5969                         return;
5970
5971                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5972                         start_pfn += altmap->reserve;
5973                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5974         }
5975 #endif
5976
5977         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
5978                 /*
5979                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5980                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5981                  */
5982                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5983                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5984                                 continue;
5985                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5986                                 break;
5987                 }
5988
5989                 page = pfn_to_page(pfn);
5990                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5991                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5992                         __SetPageReserved(page);
5993
5994                 /*
5995                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5996                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5997                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5998                  * the address space during boot when many long-lived
5999                  * kernel allocations are made.
6000                  *
6001                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6002                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6003                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6004                  * pfn out of zone.
6005                  */
6006                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6007                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6008                         cond_resched();
6009                 }
6010                 pfn++;
6011         }
6012 }
6013
6014 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6015 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6016                                    unsigned long start_pfn,
6017                                    unsigned long nr_pages,
6018                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6019 {
6020         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6021         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6022         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6023         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6024         unsigned long start = jiffies;
6025         int nid = pgdat->node_id;
6026
6027         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6028                 return;
6029
6030         /*
6031          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
6032          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6033          * the end of that region and start processing the device pages.
6034          */
6035         if (altmap) {
6036                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6037                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6038         }
6039
6040         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6041                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6042
6043                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6044
6045                 /*
6046                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6047                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6048                  *
6049                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6050                  * the flag as we are still initializing the pages.
6051                  */
6052                 __SetPageReserved(page);
6053
6054                 /*
6055                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6056                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6057                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6058                  */
6059                 page->pgmap = pgmap;
6060                 page->zone_device_data = NULL;
6061
6062                 /*
6063                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6064                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6065                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6066                  * the address space during boot when many long-lived
6067                  * kernel allocations are made.
6068                  *
6069                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6070                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6071                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6072                  * pfn out of zone.
6073                  *
6074                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6075                  * because this is done early in section_activate()
6076                  */
6077                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6078                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6079                         cond_resched();
6080                 }
6081         }
6082
6083         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6084                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6085 }
6086
6087 #endif
6088 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6089 {
6090         unsigned int order, t;
6091         for_each_migratetype_order(order, t) {
6092                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6093                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6094         }
6095 }
6096
6097 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6098                                   unsigned long zone,
6099                                   unsigned long range_start_pfn)
6100 {
6101         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6102         unsigned long range_end_pfn = range_start_pfn + size;
6103         int i;
6104
6105         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6106                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6107                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6108
6109                 if (end_pfn > start_pfn) {
6110                         size = end_pfn - start_pfn;
6111                         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn,
6112                                          MEMMAP_EARLY, NULL);
6113                 }
6114         }
6115 }
6116
6117 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6118 {
6119 #ifdef CONFIG_MMU
6120         int batch;
6121
6122         /*
6123          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6124          * size of the zone.
6125          */
6126         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6127         /* But no more than a meg. */
6128         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6129                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6130         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6131         if (batch < 1)
6132                 batch = 1;
6133
6134         /*
6135          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6136          * of 2 value was found to be more likely to have
6137          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6138          *
6139          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6140          * batches of pages, one task can end up with a lot
6141          * of pages of one half of the possible page colors
6142          * and the other with pages of the other colors.
6143          */
6144         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6145
6146         return batch;
6147
6148 #else
6149         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6150          * conditions.
6151          *
6152          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6153          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6154          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6155          *
6156          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6157          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6158          * can be a significant delay between the individual batches being
6159          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6160          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6161          */
6162         return 0;
6163 #endif
6164 }
6165
6166 /*
6167  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6168  * ->batch must never be higher then ->high.
6169  * The following function updates them in a safe manner without read side
6170  * locking.
6171  *
6172  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6173  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6174  *
6175  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6176  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6177  * exist).
6178  */
6179 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6180                 unsigned long batch)
6181 {
6182        /* start with a fail safe value for batch */
6183         pcp->batch = 1;
6184         smp_wmb();
6185
6186        /* Update high, then batch, in order */
6187         pcp->high = high;
6188         smp_wmb();
6189
6190         pcp->batch = batch;
6191 }
6192
6193 /* a companion to pageset_set_high() */
6194 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6195 {
6196         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6197 }
6198
6199 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6200 {
6201         struct per_cpu_pages *pcp;
6202         int migratetype;
6203
6204         memset(p, 0, sizeof(*p));
6205
6206         pcp = &p->pcp;
6207         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6208                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6209 }
6210
6211 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6212 {
6213         pageset_init(p);
6214         pageset_set_batch(p, batch);
6215 }
6216
6217 /*
6218  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6219  * to the value high for the pageset p.
6220  */
6221 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6222                                 unsigned long high)
6223 {
6224         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6225         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6226                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6227
6228         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6229 }
6230
6231 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6232                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6233 {
6234         if (percpu_pagelist_fraction)
6235                 pageset_set_high(pcp,
6236                         (zone_managed_pages(zone) /
6237                                 percpu_pagelist_fraction));
6238         else
6239                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6240 }
6241
6242 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6243 {
6244         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6245
6246         pageset_init(pcp);
6247         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6248 }
6249
6250 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6251 {
6252         int cpu;
6253         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6254         for_each_possible_cpu(cpu)
6255                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6256 }
6257
6258 /*
6259  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6260  * Before this call only boot pagesets were available.
6261  */
6262 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6263 {
6264         struct pglist_data *pgdat;
6265         struct zone *zone;
6266         int __maybe_unused cpu;
6267
6268         for_each_populated_zone(zone)
6269                 setup_zone_pageset(zone);
6270
6271 #ifdef CONFIG_NUMA
6272         /*
6273          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6274          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6275          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6276          * the nodes these zones are associated with.
6277          */
6278         for_each_possible_cpu(cpu) {
6279                 struct per_cpu_pageset *pcp = &per_cpu(boot_pageset, cpu);
6280                 memset(pcp->vm_numa_stat_diff, 0,
6281                        sizeof(pcp->vm_numa_stat_diff));
6282         }
6283 #endif
6284
6285         for_each_online_pgdat(pgdat)
6286                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6287                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6288 }
6289
6290 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6291 {
6292         /*
6293          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6294          * relies on the ability of the linker to provide the
6295          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6296          */
6297         zone->pageset = &boot_pageset;
6298
6299         if (populated_zone(zone))
6300                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6301                         zone->name, zone->present_pages,
6302                                          zone_batchsize(zone));
6303 }
6304
6305 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6306                                         unsigned long zone_start_pfn,
6307                                         unsigned long size)
6308 {
6309         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6310         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6311
6312         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6313                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6314
6315         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6316
6317         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6318                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6319                         pgdat->node_id,
6320                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6321                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6322
6323         zone_init_free_lists(zone);
6324         zone->initialized = 1;
6325 }
6326
6327 /**
6328  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6329  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6330  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6331  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6332  *
6333  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6334  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6335  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6336  * PFNs will be 0.
6337  */
6338 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6339                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6340 {
6341         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6342         int i;
6343
6344         *start_pfn = -1UL;
6345         *end_pfn = 0;
6346
6347         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6348                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6349                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6350         }
6351
6352         if (*start_pfn == -1UL)
6353                 *start_pfn = 0;
6354 }
6355
6356 /*
6357  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6358  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6359  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6360  */
6361 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6362 {
6363         int zone_index;
6364         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6365                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6366                         continue;
6367
6368                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6369                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6370                         break;
6371         }
6372
6373         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6374         movable_zone = zone_index;
6375 }
6376
6377 /*
6378  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6379  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6380  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6381  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6382  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6383  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6384  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6385  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6386  */
6387 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6388                                         unsigned long zone_type,
6389                                         unsigned long node_start_pfn,
6390                                         unsigned long node_end_pfn,
6391                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6392                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6393 {
6394         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6395         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6396                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6397                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6398                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6399                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6400                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6401
6402                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6403                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6404                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6405                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6406                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6407
6408                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6409                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6410                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6411         }
6412 }
6413
6414 /*
6415  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6416  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6417  */
6418 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6419                                         unsigned long zone_type,
6420                                         unsigned long node_start_pfn,
6421                                         unsigned long node_end_pfn,
6422                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6423                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6424 {
6425         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6426         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6427         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6428         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6429                 return 0;
6430
6431         /* Get the start and end of the zone */
6432         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6433         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6434         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6435                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6436                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6437
6438         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6439         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6440                 return 0;
6441
6442         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6443         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6444         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6445
6446         /* Return the spanned pages */
6447         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6448 }
6449
6450 /*
6451  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6452  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6453  */
6454 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6455                                 unsigned long range_start_pfn,
6456                                 unsigned long range_end_pfn)
6457 {
6458         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6459         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6460         int i;
6461
6462         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6463                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6464                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6465                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6466         }
6467         return nr_absent;
6468 }
6469
6470 /**
6471  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6472  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6473  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6474  *
6475  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6476  */
6477 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6478                                                         unsigned long end_pfn)
6479 {
6480         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6481 }
6482
6483 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6484 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6485                                         unsigned long zone_type,
6486                                         unsigned long node_start_pfn,
6487                                         unsigned long node_end_pfn)
6488 {
6489         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6490         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6491         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6492         unsigned long nr_absent;
6493
6494         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6495         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6496                 return 0;
6497
6498         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6499         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6500
6501         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6502                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6503                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6504         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6505
6506         /*
6507          * ZONE_MOVABLE handling.
6508          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6509          * and vice versa.
6510          */
6511         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6512                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6513                 struct memblock_region *r;
6514
6515                 for_each_memblock(memory, r) {
6516                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6517                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6518                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6519                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6520
6521                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6522                             memblock_is_mirror(r))
6523                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6524
6525                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6526                             !memblock_is_mirror(r))
6527                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6528                 }
6529         }
6530
6531         return nr_absent;
6532 }
6533
6534 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6535                                                 unsigned long node_start_pfn,
6536                                                 unsigned long node_end_pfn)
6537 {
6538         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6539         enum zone_type i;
6540
6541         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6542                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6543                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6544                 unsigned long spanned, absent;
6545                 unsigned long size, real_size;
6546
6547                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6548                                                      node_start_pfn,
6549                                                      node_end_pfn,
6550                                                      &zone_start_pfn,
6551                                                      &zone_end_pfn);
6552                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6553                                                    node_start_pfn,
6554                                                    node_end_pfn);
6555
6556                 size = spanned;
6557                 real_size = size - absent;
6558
6559                 if (size)
6560                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6561                 else
6562                         zone->zone_start_pfn = 0;
6563                 zone->spanned_pages = size;
6564                 zone->present_pages = real_size;
6565
6566                 totalpages += size;
6567                 realtotalpages += real_size;
6568         }
6569
6570         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6571         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6572         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6573                                                         realtotalpages);
6574 }
6575
6576 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6577 /*
6578  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6579  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6580  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6581  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6582  * bytes.
6583  */
6584 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6585 {
6586         unsigned long usemapsize;
6587
6588         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6589         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6590         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6591         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6592         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6593
6594         return usemapsize / 8;
6595 }
6596
6597 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6598                                 struct zone *zone,
6599                                 unsigned long zone_start_pfn,
6600                                 unsigned long zonesize)
6601 {
6602         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6603         zone->pageblock_flags = NULL;
6604         if (usemapsize) {
6605                 zone->pageblock_flags =
6606                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6607                                             pgdat->node_id);
6608                 if (!zone->pageblock_flags)
6609                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6610                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6611         }
6612 }
6613 #else
6614 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6615                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6616 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6617
6618 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6619
6620 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6621 void __init set_pageblock_order(void)
6622 {
6623         unsigned int order;
6624
6625         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6626         if (pageblock_order)
6627                 return;
6628
6629         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6630                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6631         else
6632                 order = MAX_ORDER - 1;
6633
6634         /*
6635          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6636          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6637          * powerpc.
6638          */
6639         pageblock_order = order;
6640 }
6641 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6642
6643 /*
6644  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6645  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6646  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6647  * the kernel config
6648  */
6649 void __init set_pageblock_order(void)
6650 {
6651 }
6652
6653 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6654
6655 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6656                                                 unsigned long present_pages)
6657 {
6658         unsigned long pages = spanned_pages;
6659
6660         /*
6661          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6662          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6663          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6664          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6665          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6666          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6667          */
6668         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6669             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6670                 pages = present_pages;
6671
6672         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6673 }
6674
6675 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6676 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6677 {
6678         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6679
6680         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6681         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6682         ds_queue->split_queue_len = 0;
6683 }
6684 #else
6685 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6686 #endif
6687
6688 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6689 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6690 {
6691         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6692 }
6693 #else
6694 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6695 #endif
6696
6697 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6698 {
6699         pgdat_resize_init(pgdat);
6700
6701         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6702         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6703
6704         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6705         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6706
6707         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6708         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6709         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
6710 }
6711
6712 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6713                                                         unsigned long remaining_pages)
6714 {
6715         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6716         zone_set_nid(zone, nid);
6717         zone->name = zone_names[idx];
6718         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6719         spin_lock_init(&zone->lock);
6720         zone_seqlock_init(zone);
6721         zone_pcp_init(zone);
6722 }
6723
6724 /*
6725  * Set up the zone data structures
6726  * - init pgdat internals
6727  * - init all zones belonging to this node
6728  *
6729  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6730  */
6731 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6732 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6733 {
6734         enum zone_type z;
6735         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6736
6737         pgdat_init_internals(pgdat);
6738         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6739                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6740 }
6741 #endif
6742
6743 /*
6744  * Set up the zone data structures:
6745  *   - mark all pages reserved
6746  *   - mark all memory queues empty
6747  *   - clear the memory bitmaps
6748  *
6749  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6750  * NOTE: this function is only called during early init.
6751  */
6752 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6753 {
6754         enum zone_type j;
6755         int nid = pgdat->node_id;
6756
6757         pgdat_init_internals(pgdat);
6758         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6759
6760         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6761                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6762                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6763                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6764
6765                 size = zone->spanned_pages;
6766                 freesize = zone->present_pages;
6767
6768                 /*
6769                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6770                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6771                  * and per-cpu initialisations
6772                  */
6773                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6774                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6775                         if (freesize >= memmap_pages) {
6776                                 freesize -= memmap_pages;
6777                                 if (memmap_pages)
6778                                         printk(KERN_DEBUG
6779                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6780                                                zone_names[j], memmap_pages);
6781                         } else
6782                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6783                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6784                 }
6785
6786                 /* Account for reserved pages */
6787                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6788                         freesize -= dma_reserve;
6789                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6790                                         zone_names[0], dma_reserve);
6791                 }
6792
6793                 if (!is_highmem_idx(j))
6794                         nr_kernel_pages += freesize;
6795                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6796                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6797                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6798                 nr_all_pages += freesize;
6799
6800                 /*
6801                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6802                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6803                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6804                  */
6805                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6806
6807                 if (!size)
6808                         continue;
6809
6810                 set_pageblock_order();
6811                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6812                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6813                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6814         }
6815 }
6816
6817 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6818 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6819 {
6820         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6821         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6822
6823         /* Skip empty nodes */
6824         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6825                 return;
6826
6827         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6828         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6829         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6830         if (!pgdat->node_mem_map) {
6831                 unsigned long size, end;
6832                 struct page *map;
6833
6834                 /*
6835                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6836                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6837                  * for the buddy allocator to function correctly.
6838                  */
6839                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6840                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6841                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6842                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6843                                           pgdat->node_id);
6844                 if (!map)
6845                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6846                               size, pgdat->node_id);
6847                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6848         }
6849         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6850                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6851                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6852 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6853         /*
6854          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6855          */
6856         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6857                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6858                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6859                         mem_map -= offset;
6860         }
6861 #endif
6862 }
6863 #else
6864 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6865 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6866
6867 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6868 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6869 {
6870         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6871 }
6872 #else
6873 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6874 #endif
6875
6876 static void __init free_area_init_node(int nid)
6877 {
6878         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6879         unsigned long start_pfn = 0;
6880         unsigned long end_pfn = 0;
6881
6882         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6883         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
6884
6885         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6886
6887         pgdat->node_id = nid;
6888         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
6889         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6890
6891         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6892                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6893                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6894         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
6895
6896         alloc_node_mem_map(pgdat);
6897         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6898
6899         free_area_init_core(pgdat);
6900 }
6901
6902 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
6903 {
6904         free_area_init_node(nid);
6905 }
6906
6907 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6908 /*
6909  * Initialize all valid struct pages in the range [spfn, epfn) and mark them
6910  * PageReserved(). Return the number of struct pages that were initialized.
6911  */
6912 static u64 __init init_unavailable_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6913 {
6914         unsigned long pfn;
6915         u64 pgcnt = 0;
6916
6917         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6918                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6919                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6920                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6921                         continue;
6922                 }
6923                 /*
6924                  * Use a fake node/zone (0) for now. Some of these pages
6925                  * (in memblock.reserved but not in memblock.memory) will
6926                  * get re-initialized via reserve_bootmem_region() later.
6927                  */
6928                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, 0, 0);
6929                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6930                 pgcnt++;
6931         }
6932
6933         return pgcnt;
6934 }
6935
6936 /*
6937  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6938  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6939  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6940  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6941  * flags). We must explicitly initialize those struct pages.
6942  *
6943  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6944  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6945  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6946  * layout is manually configured via memmap=, or when the highest physical
6947  * address (max_pfn) does not end on a section boundary.
6948  */
6949 static void __init init_unavailable_mem(void)
6950 {
6951         phys_addr_t start, end;
6952         u64 i, pgcnt;
6953         phys_addr_t next = 0;
6954
6955         /*
6956          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6957          */
6958         pgcnt = 0;
6959         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6960                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6961                 if (next < start)
6962                         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
6963                                                         PFN_UP(start));
6964                 next = end;
6965         }
6966
6967         /*
6968          * Early sections always have a fully populated memmap for the whole
6969          * section - see pfn_valid(). If the last section has holes at the
6970          * end and that section is marked "online", the memmap will be
6971          * considered initialized. Make sure that memmap has a well defined
6972          * state.
6973          */
6974         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
6975                                         round_up(max_pfn, PAGES_PER_SECTION));
6976
6977         /*
6978          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6979          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6980          */
6981         if (pgcnt)
6982                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6983 }
6984 #else
6985 static inline void __init init_unavailable_mem(void)
6986 {
6987 }
6988 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6989
6990 #if MAX_NUMNODES > 1
6991 /*
6992  * Figure out the number of possible node ids.
6993  */
6994 void __init setup_nr_node_ids(void)
6995 {
6996         unsigned int highest;
6997
6998         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6999         nr_node_ids = highest + 1;
7000 }
7001 #endif
7002
7003 /**
7004  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7005  *
7006  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7007  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7008  * all the nodes.
7009  *
7010  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7011  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7012  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7013  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7014  *
7015  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7016  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7017  * populated node map.
7018  *
7019  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7020  * requirement (single node).
7021  */
7022 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7023 {
7024         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7025         unsigned long start, end, mask;
7026         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7027         int i, nid;
7028
7029         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7030                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7031                         last_nid = nid;
7032                         last_end = end;
7033                         continue;
7034                 }
7035
7036                 /*
7037                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7038                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7039                  * too coarse to separate the current node from the last.
7040                  */
7041                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7042                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7043                         mask <<= 1;
7044
7045                 /* accumulate all internode masks */
7046                 accl_mask |= mask;
7047         }
7048
7049         /* convert mask to number of pages */
7050         return ~accl_mask + 1;
7051 }
7052
7053 /**
7054  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7055  *
7056  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7057  * memblock_set_node().
7058  */
7059 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7060 {
7061         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7062 }
7063
7064 /*
7065  * early_calculate_totalpages()
7066  * Sum pages in active regions for movable zone.
7067  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7068  */
7069 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7070 {
7071         unsigned long totalpages = 0;
7072         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7073         int i, nid;
7074
7075         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7076                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7077
7078                 totalpages += pages;
7079                 if (pages)
7080                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7081         }
7082         return totalpages;
7083 }
7084
7085 /*
7086  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7087  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7088  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7089  * others
7090  */
7091 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7092 {
7093         int i, nid;
7094         unsigned long usable_startpfn;
7095         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7096         /* save the state before borrow the nodemask */
7097         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7098         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7099         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7100         struct memblock_region *r;
7101
7102         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7103         find_usable_zone_for_movable();
7104
7105         /*
7106          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7107          * options.
7108          */
7109         if (movable_node_is_enabled()) {
7110                 for_each_memblock(memory, r) {
7111                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7112                                 continue;
7113
7114                         nid = memblock_get_region_node(r);
7115
7116                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7117                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7118                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7119                                 usable_startpfn;
7120                 }
7121
7122                 goto out2;
7123         }
7124
7125         /*
7126          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7127          */
7128         if (mirrored_kernelcore) {
7129                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7130
7131                 for_each_memblock(memory, r) {
7132                         if (memblock_is_mirror(r))
7133                                 continue;
7134
7135                         nid = memblock_get_region_node(r);
7136
7137                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7138
7139                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7140                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7141                                 continue;
7142                         }
7143
7144                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7145                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7146                                 usable_startpfn;
7147                 }
7148
7149                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7150                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7151
7152                 goto out2;
7153         }
7154
7155         /*
7156          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7157          * amount of necessary memory.
7158          */
7159         if (required_kernelcore_percent)
7160                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7161                                        10000UL;
7162         if (required_movablecore_percent)
7163                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7164                                         10000UL;
7165
7166         /*
7167          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7168          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7169          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7170          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7171          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7172          * what movablecore would have allowed.
7173          */
7174         if (required_movablecore) {
7175                 unsigned long corepages;
7176
7177                 /*
7178                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7179                  * was requested by the user
7180                  */
7181                 required_movablecore =
7182                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7183                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7184                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7185
7186                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7187         }
7188
7189         /*
7190          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7191          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7192          */
7193         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7194                 goto out;
7195
7196         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7197         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7198
7199 restart:
7200         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7201         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7202         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7203                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7204
7205                 /*
7206                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7207                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7208                  * amount of memory for the kernel
7209                  */
7210                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7211                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7212
7213                 /*
7214                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7215                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7216                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7217                  */
7218                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7219
7220                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7221                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7222                         unsigned long size_pages;
7223
7224                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7225                         if (start_pfn >= end_pfn)
7226                                 continue;
7227
7228                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7229                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7230                                 unsigned long kernel_pages;
7231                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7232                                                                 - start_pfn;
7233
7234                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7235                                                         kernelcore_remaining);
7236                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7237                                                         required_kernelcore);
7238
7239                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7240                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7241
7242                                         /*
7243                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7244                                          * that if we have to rebalance
7245                                          * kernelcore across nodes, we will
7246                                          * not double account here
7247                                          */
7248                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7249                                         continue;
7250                                 }
7251                                 start_pfn = usable_startpfn;
7252                         }
7253
7254                         /*
7255                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7256                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7257                          * number of pages used as kernelcore
7258                          */
7259                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7260                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7261                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7262                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7263
7264                         /*
7265                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7266                          * break if the kernelcore for this node has been
7267                          * satisfied
7268                          */
7269                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7270                                                                 size_pages);
7271                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7272                         if (!kernelcore_remaining)
7273                                 break;
7274                 }
7275         }
7276
7277         /*
7278          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7279          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7280          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7281          * satisfied
7282          */
7283         usable_nodes--;
7284         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7285                 goto restart;
7286
7287 out2:
7288         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7289         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7290                 zone_movable_pfn[nid] =
7291                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7292
7293 out:
7294         /* restore the node_state */
7295         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7296 }
7297
7298 /* Any regular or high memory on that node ? */
7299 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7300 {
7301         enum zone_type zone_type;
7302
7303         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7304                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7305                 if (populated_zone(zone)) {
7306                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7307                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7308                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7309                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7310                         break;
7311                 }
7312         }
7313 }
7314
7315 /*
7316  * Some architecturs, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7317  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7318  */
7319 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7320 {
7321         return false;
7322 }
7323
7324 /**
7325  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7326  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7327  *
7328  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7329  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7330  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7331  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7332  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7333  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7334  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7335  * at arch_max_dma_pfn.
7336  */
7337 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7338 {
7339         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7340         int i, nid, zone;
7341         bool descending;
7342
7343         /* Record where the zone boundaries are */
7344         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7345                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7346         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7347                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7348
7349         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7350         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7351
7352         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7353                 if (descending)
7354                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7355                 else
7356                         zone = i;
7357
7358                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7359                         continue;
7360
7361                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7362                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7363                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7364
7365                 start_pfn = end_pfn;
7366         }
7367
7368         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7369         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7370         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7371
7372         /* Print out the zone ranges */
7373         pr_info("Zone ranges:\n");
7374         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7375                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7376                         continue;
7377                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7378                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7379                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7380                         pr_cont("empty\n");
7381                 else
7382                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7383                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7384                                         << PAGE_SHIFT,
7385                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7386                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7387         }
7388
7389         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7390         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7391         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7392                 if (zone_movable_pfn[i])
7393                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7394                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7395         }
7396
7397         /*
7398          * Print out the early node map, and initialize the
7399          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7400          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7401          */
7402         pr_info("Early memory node ranges\n");
7403         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7404                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7405                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7406                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7407                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7408         }
7409
7410         /* Initialise every node */
7411         mminit_verify_pageflags_layout();
7412         setup_nr_node_ids();
7413         init_unavailable_mem();
7414         for_each_online_node(nid) {
7415                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7416                 free_area_init_node(nid);
7417
7418                 /* Any memory on that node */
7419                 if (pgdat->node_present_pages)
7420                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7421                 check_for_memory(pgdat, nid);
7422         }
7423 }
7424
7425 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7426                                      unsigned long *percent)
7427 {
7428         unsigned long long coremem;
7429         char *endptr;
7430
7431         if (!p)
7432                 return -EINVAL;
7433
7434         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7435         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7436         if (*endptr == '%') {
7437                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7438                 WARN_ON(coremem > 100);
7439
7440                 *percent = coremem;
7441         } else {
7442                 coremem = memparse(p, &p);
7443                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7444                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7445
7446                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7447                 *percent = 0UL;
7448         }
7449         return 0;
7450 }
7451
7452 /*
7453  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7454  * cannot be reclaimed or migrated.
7455  */
7456 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7457 {
7458         /* parse kernelcore=mirror */
7459         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7460                 mirrored_kernelcore = true;
7461                 return 0;
7462         }
7463
7464         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7465                                   &required_kernelcore_percent);
7466 }
7467
7468 /*
7469  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7470  * can be reclaimed or migrated.
7471  */
7472 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7473 {
7474         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7475                                   &required_movablecore_percent);
7476 }
7477
7478 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7479 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7480
7481 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7482 {
7483         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7484         totalram_pages_add(count);
7485 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7486         if (PageHighMem(page))
7487                 totalhigh_pages_add(count);
7488 #endif
7489 }
7490 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7491
7492 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7493 {
7494         void *pos;
7495         unsigned long pages = 0;
7496
7497         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7498         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7499         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7500                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7501                 void *direct_map_addr;
7502
7503                 /*
7504                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7505                  * because some architectures' virt_to_page()
7506                  * work with aliases.  Getting the direct map
7507                  * address ensures that we get a _writeable_
7508                  * alias for the memset().
7509                  */
7510                 direct_map_addr = page_address(page);
7511                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7512                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7513
7514                 free_reserved_page(page);
7515         }
7516
7517         if (pages && s)
7518                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7519                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7520
7521         return pages;
7522 }
7523
7524 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7525 void free_highmem_page(struct page *page)
7526 {
7527         __free_reserved_page(page);
7528         totalram_pages_inc();
7529         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7530         totalhigh_pages_inc();
7531 }
7532 #endif
7533
7534
7535 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7536 {
7537         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7538         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7539
7540         physpages = get_num_physpages();
7541         codesize = _etext - _stext;
7542         datasize = _edata - _sdata;
7543         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7544         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7545         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7546         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7547
7548         /*
7549          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7550          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7551          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7552          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7553          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7554          */
7555 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7556         do { \
7557                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7558                         size -= adj; \
7559         } while (0)
7560
7561         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7562                      _sinittext, init_code_size);
7563         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7564         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7565         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7566         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7567
7568 #undef  adj_init_size
7569
7570         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7571 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7572                 ", %luK highmem"
7573 #endif
7574                 "%s%s)\n",
7575                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7576                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7577                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7578                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7579                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7580                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7581 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7582                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7583 #endif
7584                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7585 }
7586
7587 /**
7588  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7589  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7590  *
7591  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7592  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7593  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7594  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7595  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7596  * smaller per-cpu batchsize.
7597  */
7598 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7599 {
7600         dma_reserve = new_dma_reserve;
7601 }
7602
7603 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7604 {
7605
7606         lru_add_drain_cpu(cpu);
7607         drain_pages(cpu);
7608
7609         /*
7610          * Spill the event counters of the dead processor
7611          * into the current processors event counters.
7612          * This artificially elevates the count of the current
7613          * processor.
7614          */
7615         vm_events_fold_cpu(cpu);
7616
7617         /*
7618          * Zero the differential counters of the dead processor
7619          * so that the vm statistics are consistent.
7620          *
7621          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7622          * race with what we are doing.
7623          */
7624         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7625         return 0;
7626 }
7627
7628 #ifdef CONFIG_NUMA
7629 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7630
7631 static int __init set_hashdist(char *str)
7632 {
7633         if (!str)
7634                 return 0;
7635         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7636         return 1;
7637 }
7638 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7639 #endif
7640
7641 void __init page_alloc_init(void)
7642 {
7643         int ret;
7644
7645 #ifdef CONFIG_NUMA
7646         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7647                 hashdist = 0;
7648 #endif
7649
7650         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7651                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7652                                         page_alloc_cpu_dead);
7653         WARN_ON(ret < 0);
7654 }
7655
7656 /*
7657  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7658  *      or min_free_kbytes changes.
7659  */
7660 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7661 {
7662         struct pglist_data *pgdat;
7663         unsigned long reserve_pages = 0;
7664         enum zone_type i, j;
7665
7666         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7667
7668                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7669
7670                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7671                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7672                         long max = 0;
7673                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7674
7675                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7676                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7677                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7678                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7679                         }
7680
7681                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7682                         max += high_wmark_pages(zone);
7683
7684                         if (max > managed_pages)
7685                                 max = managed_pages;
7686
7687                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7688
7689                         reserve_pages += max;
7690                 }
7691         }
7692         totalreserve_pages = reserve_pages;
7693 }
7694
7695 /*
7696  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7697  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7698  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7699  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7700  */
7701 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7702 {
7703         struct pglist_data *pgdat;
7704         enum zone_type j, idx;
7705
7706         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7707                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7708                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7709                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7710
7711                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7712
7713                         idx = j;
7714                         while (idx) {
7715                                 struct zone *lower_zone;
7716
7717                                 idx--;
7718                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7719
7720                                 if (!sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] ||
7721                                     !zone_managed_pages(lower_zone)) {
7722                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7723                                         continue;
7724                                 } else {
7725                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7726                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7727                                 }
7728                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7729                         }
7730                 }
7731         }
7732
7733         /* update totalreserve_pages */
7734         calculate_totalreserve_pages();
7735 }
7736
7737 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7738 {
7739         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7740         unsigned long lowmem_pages = 0;
7741         struct zone *zone;
7742         unsigned long flags;
7743
7744         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7745         for_each_zone(zone) {
7746                 if (!is_highmem(zone))
7747                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7748         }
7749
7750         for_each_zone(zone) {
7751                 u64 tmp;
7752
7753                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7754                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7755                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7756                 if (is_highmem(zone)) {
7757                         /*
7758                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7759                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7760                          * value here.
7761                          *
7762                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7763                          * deltas control async page reclaim, and so should
7764                          * not be capped for highmem.
7765                          */
7766                         unsigned long min_pages;
7767
7768                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7769                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7770                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7771                 } else {
7772                         /*
7773                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7774                          * proportionate to the zone's size.
7775                          */
7776                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7777                 }
7778
7779                 /*
7780                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7781                  * scale factor in proportion to available memory, but
7782                  * ensure a minimum size on small systems.
7783                  */
7784                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7785                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7786                                       watermark_scale_factor, 10000));
7787
7788                 zone->watermark_boost = 0;
7789                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7790                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7791
7792                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7793         }
7794
7795         /* update totalreserve_pages */
7796         calculate_totalreserve_pages();
7797 }
7798
7799 /**
7800  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7801  * or when memory is hot-{added|removed}
7802  *
7803  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7804  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7805  */
7806 void setup_per_zone_wmarks(void)
7807 {
7808         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7809
7810         spin_lock(&lock);
7811         __setup_per_zone_wmarks();
7812         spin_unlock(&lock);
7813 }
7814
7815 /*
7816  * Initialise min_free_kbytes.
7817  *
7818  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7819  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
7820  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7821  *
7822  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7823  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7824  *
7825  * which yields
7826  *
7827  * 16MB:        512k
7828  * 32MB:        724k
7829  * 64MB:        1024k
7830  * 128MB:       1448k
7831  * 256MB:       2048k
7832  * 512MB:       2896k
7833  * 1024MB:      4096k
7834  * 2048MB:      5792k
7835  * 4096MB:      8192k
7836  * 8192MB:      11584k
7837  * 16384MB:     16384k
7838  */
7839 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7840 {
7841         unsigned long lowmem_kbytes;
7842         int new_min_free_kbytes;
7843
7844         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7845         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7846
7847         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7848                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7849                 if (min_free_kbytes < 128)
7850                         min_free_kbytes = 128;
7851                 if (min_free_kbytes > 262144)
7852                         min_free_kbytes = 262144;
7853         } else {
7854                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7855                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7856         }
7857         setup_per_zone_wmarks();
7858         refresh_zone_stat_thresholds();
7859         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7860
7861 #ifdef CONFIG_NUMA
7862         setup_min_unmapped_ratio();
7863         setup_min_slab_ratio();
7864 #endif
7865
7866         return 0;
7867 }
7868 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7869
7870 /*
7871  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7872  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7873  *      changes.
7874  */
7875 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7876                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7877 {
7878         int rc;
7879
7880         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7881         if (rc)
7882                 return rc;
7883
7884         if (write) {
7885                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7886                 setup_per_zone_wmarks();
7887         }
7888         return 0;
7889 }
7890
7891 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7892                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7893 {
7894         int rc;
7895
7896         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7897         if (rc)
7898                 return rc;
7899
7900         if (write)
7901                 setup_per_zone_wmarks();
7902
7903         return 0;
7904 }
7905
7906 #ifdef CONFIG_NUMA
7907 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7908 {
7909         pg_data_t *pgdat;
7910         struct zone *zone;
7911
7912         for_each_online_pgdat(pgdat)
7913                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7914
7915         for_each_zone(zone)
7916                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7917                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7918 }
7919
7920
7921 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7922                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7923 {
7924         int rc;
7925
7926         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7927         if (rc)
7928                 return rc;
7929
7930         setup_min_unmapped_ratio();
7931
7932         return 0;
7933 }
7934
7935 static void setup_min_slab_ratio(void)
7936 {
7937         pg_data_t *pgdat;
7938         struct zone *zone;
7939
7940         for_each_online_pgdat(pgdat)
7941                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7942
7943         for_each_zone(zone)
7944                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7945                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7946 }
7947
7948 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7949                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7950 {
7951         int rc;
7952
7953         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7954         if (rc)
7955                 return rc;
7956
7957         setup_min_slab_ratio();
7958
7959         return 0;
7960 }
7961 #endif
7962
7963 /*
7964  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7965  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7966  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7967  *
7968  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7969  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7970  * if in function of the boot time zone sizes.
7971  */
7972 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7973                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7974 {
7975         int i;
7976
7977         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7978
7979         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7980                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
7981                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
7982         }
7983
7984         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7985         return 0;
7986 }
7987
7988 static void __zone_pcp_update(struct zone *zone)
7989 {
7990         unsigned int cpu;
7991
7992         for_each_possible_cpu(cpu)
7993                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7994                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7995 }
7996
7997 /*
7998  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7999  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8000  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8001  */
8002 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8003                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8004 {
8005         struct zone *zone;
8006         int old_percpu_pagelist_fraction;
8007         int ret;
8008
8009         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8010         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8011
8012         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8013         if (!write || ret < 0)
8014                 goto out;
8015
8016         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8017         if (percpu_pagelist_fraction &&
8018             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8019                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8020                 ret = -EINVAL;
8021                 goto out;
8022         }
8023
8024         /* No change? */
8025         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8026                 goto out;
8027
8028         for_each_populated_zone(zone)
8029                 __zone_pcp_update(zone);
8030 out:
8031         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8032         return ret;
8033 }
8034
8035 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8036 /*
8037  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8038  * is not known to alloc_large_system_hash().
8039  */
8040 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8041 {
8042         return 0;
8043 }
8044 #endif
8045
8046 /*
8047  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8048  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8049  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8050  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8051  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8052  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8053  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8054  */
8055 #if __BITS_PER_LONG > 32
8056 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8057 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8058 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8059 #endif
8060
8061 /*
8062  * allocate a large system hash table from bootmem
8063  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8064  *   quantity of entries
8065  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8066  */
8067 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8068                                      unsigned long bucketsize,
8069                                      unsigned long numentries,
8070                                      int scale,
8071                                      int flags,
8072                                      unsigned int *_hash_shift,
8073                                      unsigned int *_hash_mask,
8074                                      unsigned long low_limit,
8075                                      unsigned long high_limit)
8076 {
8077         unsigned long long max = high_limit;
8078         unsigned long log2qty, size;
8079         void *table = NULL;
8080         gfp_t gfp_flags;
8081         bool virt;
8082
8083         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8084         if (!numentries) {
8085                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8086                 numentries = nr_kernel_pages;
8087                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8088
8089                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8090                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8091                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8092
8093 #if __BITS_PER_LONG > 32
8094                 if (!high_limit) {
8095                         unsigned long adapt;
8096
8097                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8098                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8099                                 scale++;
8100                 }
8101 #endif
8102
8103                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8104                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8105                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8106                 else
8107                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8108
8109                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8110                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8111                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8112                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8113                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8114                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8115                                 BUG_ON(!numentries);
8116                         }
8117                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8118                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8119         }
8120         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8121
8122         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8123         if (max == 0) {
8124                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8125                 do_div(max, bucketsize);
8126         }
8127         max = min(max, 0x80000000ULL);
8128
8129         if (numentries < low_limit)
8130                 numentries = low_limit;
8131         if (numentries > max)
8132                 numentries = max;
8133
8134         log2qty = ilog2(numentries);
8135
8136         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8137         do {
8138                 virt = false;
8139                 size = bucketsize << log2qty;
8140                 if (flags & HASH_EARLY) {
8141                         if (flags & HASH_ZERO)
8142                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8143                         else
8144                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8145                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8146                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8147                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8148                         virt = true;
8149                 } else {
8150                         /*
8151                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8152                          * some pages at the end of hash table which
8153                          * alloc_pages_exact() automatically does
8154                          */
8155                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8156                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8157                 }
8158         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8159
8160         if (!table)
8161                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8162
8163         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8164                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8165                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8166
8167         if (_hash_shift)
8168                 *_hash_shift = log2qty;
8169         if (_hash_mask)
8170                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8171
8172         return table;
8173 }
8174
8175 /*
8176  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8177  *
8178  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8179  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8180  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8181  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8182  *
8183  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8184  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that that it
8185  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8186  *
8187  */
8188 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8189                                  int migratetype, int flags)
8190 {
8191         unsigned long iter = 0;
8192         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8193
8194         /*
8195          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8196          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8197          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8198          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8199          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8200          */
8201
8202         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8203                 /*
8204                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8205                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8206                  * so consider them movable here.
8207                  */
8208                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8209                         return NULL;
8210
8211                 return page;
8212         }
8213
8214         for (; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8215                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8216                         continue;
8217
8218                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8219
8220                 if (PageReserved(page))
8221                         return page;
8222
8223                 /*
8224                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8225                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8226                  * is movable.
8227                  */
8228                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8229                         continue;
8230
8231                 /*
8232                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8233                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8234                  * We need not scan over tail pages because we don't
8235                  * handle each tail page individually in migration.
8236                  */
8237                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8238                         struct page *head = compound_head(page);
8239                         unsigned int skip_pages;
8240
8241                         if (PageHuge(page)) {
8242                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8243                                         return page;
8244                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8245                                 return page;
8246                         }
8247
8248                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8249                         iter += skip_pages - 1;
8250                         continue;
8251                 }
8252
8253                 /*
8254                  * We can't use page_count without pin a page
8255                  * because another CPU can free compound page.
8256                  * This check already skips compound tails of THP
8257                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8258                  */
8259                 if (!page_ref_count(page)) {
8260                         if (PageBuddy(page))
8261                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8262                         continue;
8263                 }
8264
8265                 /*
8266                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8267                  * page_count() is not 0.
8268                  */
8269                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8270                         continue;
8271
8272                 /*
8273                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8274                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8275                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8276                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8277                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8278                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8279                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8280                  * (false negatives in this function only)
8281                  */
8282                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8283                         continue;
8284
8285                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8286                         continue;
8287
8288                 /*
8289                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8290                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8291                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8292                  */
8293                 /*
8294                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8295                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8296                  *
8297                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8298                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8299                  * page at boot.
8300                  */
8301                 return page;
8302         }
8303         return NULL;
8304 }
8305
8306 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8307 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8308 {
8309         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8310                              pageblock_nr_pages) - 1);
8311 }
8312
8313 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8314 {
8315         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8316                                 pageblock_nr_pages));
8317 }
8318
8319 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8320 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8321                                         unsigned long start, unsigned long end)
8322 {
8323         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8324         unsigned int nr_reclaimed;
8325         unsigned long pfn = start;
8326         unsigned int tries = 0;
8327         int ret = 0;
8328
8329         migrate_prep();
8330
8331         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8332                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8333                         ret = -EINTR;
8334                         break;
8335                 }
8336
8337                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8338                         cc->nr_migratepages = 0;
8339                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8340                         if (!pfn) {
8341                                 ret = -EINTR;
8342                                 break;
8343                         }
8344                         tries = 0;
8345                 } else if (++tries == 5) {
8346                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8347                         break;
8348                 }
8349
8350                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8351                                                         &cc->migratepages);
8352                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8353
8354                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8355                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8356         }
8357         if (ret < 0) {
8358                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8359                 return ret;
8360         }
8361         return 0;
8362 }
8363
8364 /**
8365  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8366  * @start:      start PFN to allocate
8367  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8368  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8369  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8370  *                      in range must have the same migratetype and it must
8371  *                      be either of the two.
8372  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8373  *
8374  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8375  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8376  *
8377  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8378  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8379  * be modified by others.
8380  *
8381  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8382  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8383  * need to be freed with free_contig_range().
8384  */
8385 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8386                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8387 {
8388         unsigned long outer_start, outer_end;
8389         unsigned int order;
8390         int ret = 0;
8391
8392         struct compact_control cc = {
8393                 .nr_migratepages = 0,
8394                 .order = -1,
8395                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8396                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8397                 .ignore_skip_hint = true,
8398                 .no_set_skip_hint = true,
8399                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8400                 .alloc_contig = true,
8401         };
8402         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8403
8404         /*
8405          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8406          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8407          * have different sizes, and due to the way page allocator
8408          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8409          * that page allocator won't try to merge buddies from
8410          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8411          * other migration type.
8412          *
8413          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8414          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8415          * we are interested in).  This will put all the pages in
8416          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8417          *
8418          * When this is done, we take the pages in range from page
8419          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8420          * page allocator will never consider using them.
8421          *
8422          * This lets us mark the pageblocks back as
8423          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8424          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8425          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8426          */
8427
8428         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8429                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8430         if (ret < 0)
8431                 return ret;
8432
8433         /*
8434          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8435          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8436          * which will report the busy page.
8437          *
8438          * It is possible that busy pages could become available before
8439          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8440          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8441          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8442          */
8443         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8444         if (ret && ret != -EBUSY)
8445                 goto done;
8446         ret =0;
8447
8448         /*
8449          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8450          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8451          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8452          * What we are going to do is to allocate all pages from
8453          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8454          *
8455          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8456          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8457          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8458          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8459          * once this is done free the pages we are not interested in.
8460          *
8461          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8462          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8463          */
8464
8465         lru_add_drain_all();
8466
8467         order = 0;
8468         outer_start = start;
8469         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8470                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8471                         outer_start = start;
8472                         break;
8473                 }
8474                 outer_start &= ~0UL << order;
8475         }
8476
8477         if (outer_start != start) {
8478                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8479
8480                 /*
8481                  * outer_start page could be small order buddy page and
8482                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8483                  * in this case to report failed page properly
8484                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8485                  */
8486                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8487                         outer_start = start;
8488         }
8489
8490         /* Make sure the range is really isolated. */
8491         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8492                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8493                         __func__, outer_start, end);
8494                 ret = -EBUSY;
8495                 goto done;
8496         }
8497
8498         /* Grab isolated pages from freelists. */
8499         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8500         if (!outer_end) {
8501                 ret = -EBUSY;
8502                 goto done;
8503         }
8504
8505         /* Free head and tail (if any) */
8506         if (start != outer_start)
8507                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8508         if (end != outer_end)
8509                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8510
8511 done:
8512         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8513                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8514         return ret;
8515 }
8516 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
8517
8518 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8519                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8520 {
8521         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8522
8523         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8524                                   gfp_mask);
8525 }
8526
8527 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8528                                    unsigned long nr_pages)
8529 {
8530         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8531         struct page *page;
8532
8533         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8534                 page = pfn_to_online_page(i);
8535                 if (!page)
8536                         return false;
8537
8538                 if (page_zone(page) != z)
8539                         return false;
8540
8541                 if (PageReserved(page))
8542                         return false;
8543
8544                 if (page_count(page) > 0)
8545                         return false;
8546
8547                 if (PageHuge(page))
8548                         return false;
8549         }
8550         return true;
8551 }
8552
8553 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8554                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8555 {
8556         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8557
8558         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8559 }
8560
8561 /**
8562  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8563  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8564  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8565  * @nid:        Target node
8566  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8567  *
8568  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8569  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8570  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8571  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8572  *
8573  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8574  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8575  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8576  *
8577  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8578  * __free_page() on each allocated page.
8579  *
8580  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8581  */
8582 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8583                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8584 {
8585         unsigned long ret, pfn, flags;
8586         struct zonelist *zonelist;
8587         struct zone *zone;
8588         struct zoneref *z;
8589
8590         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8591         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8592                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8593                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8594
8595                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8596                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8597                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8598                                 /*
8599                                  * We release the zone lock here because
8600                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8601                                  * at some point. If there's an allocation
8602                                  * spinning on this lock, it may win the race
8603                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8604                                  */
8605                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8606                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8607                                                         gfp_mask);
8608                                 if (!ret)
8609                                         return pfn_to_page(pfn);
8610                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8611                         }
8612                         pfn += nr_pages;
8613                 }
8614                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8615         }
8616         return NULL;
8617 }
8618 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8619
8620 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8621 {
8622         unsigned int count = 0;
8623
8624         for (; nr_pages--; pfn++) {
8625                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8626
8627                 count += page_count(page) != 1;
8628                 __free_page(page);
8629         }
8630         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8631 }
8632 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
8633
8634 /*
8635  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8636  * page high values need to be recalulated.
8637  */
8638 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8639 {
8640         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8641         __zone_pcp_update(zone);
8642         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8643 }
8644
8645 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8646 {
8647         unsigned long flags;
8648         int cpu;
8649         struct per_cpu_pageset *pset;
8650
8651         /* avoid races with drain_pages()  */
8652         local_irq_save(flags);
8653         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8654                 for_each_online_cpu(cpu) {
8655                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8656                         drain_zonestat(zone, pset);
8657                 }
8658                 free_percpu(zone->pageset);
8659                 zone->pageset = &boot_pageset;
8660         }
8661         local_irq_restore(flags);
8662 }
8663
8664 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8665 /*
8666  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8667  * before calling this.
8668  */
8669 unsigned long
8670 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8671 {
8672         struct page *page;
8673         struct zone *zone;
8674         unsigned int order;
8675         unsigned long pfn;
8676         unsigned long flags;
8677         unsigned long offlined_pages = 0;
8678
8679         /* find the first valid pfn */
8680         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8681                 if (pfn_valid(pfn))
8682                         break;
8683         if (pfn == end_pfn)
8684                 return offlined_pages;
8685
8686         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8687         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8688         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8689         pfn = start_pfn;
8690         while (pfn < end_pfn) {
8691                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8692                         pfn++;
8693                         continue;
8694                 }
8695                 page = pfn_to_page(pfn);
8696                 /*
8697                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8698                  * page_count() is not 0.
8699                  */
8700                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8701                         pfn++;
8702                         offlined_pages++;
8703                         continue;
8704                 }
8705                 /*
8706                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
8707                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
8708                  */
8709                 if (PageOffline(page)) {
8710                         BUG_ON(page_count(page));
8711                         BUG_ON(PageBuddy(page));
8712                         pfn++;
8713                         offlined_pages++;
8714                         continue;
8715                 }
8716
8717                 BUG_ON(page_count(page));
8718                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8719                 order = page_order(page);
8720                 offlined_pages += 1 << order;
8721                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
8722                 pfn += (1 << order);
8723         }
8724         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8725
8726         return offlined_pages;
8727 }
8728 #endif
8729
8730 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8731 {
8732         struct zone *zone = page_zone(page);
8733         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8734         unsigned long flags;
8735         unsigned int order;
8736
8737         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8738         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8739                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8740
8741                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8742                         break;
8743         }
8744         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8745
8746         return order < MAX_ORDER;
8747 }
8748
8749 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8750 /*
8751  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8752  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8753  * allocation.
8754  */
8755 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8756 {
8757         struct zone *zone = page_zone(page);
8758         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8759         unsigned long flags;
8760         unsigned int order;
8761         bool hwpoisoned = false;
8762
8763         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8764         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8765                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8766
8767                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8768                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8769                                 hwpoisoned = true;
8770                         break;
8771                 }
8772         }
8773         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8774
8775         return hwpoisoned;
8776 }
8777 #endif